#531 A világegyetemben sokkal több fekete lyuk található, mint szar zenekar Pécsen, mégis tavaly áprilisig kellett várni, hogy végre megörökítsék az egyik ilyen monstrumot. Mi tartott ennyi ideig és miért őrült meg a tudósvilág egy kávésbögre lenyomatát idéző pixeles képtől?
A fekete lyukakról szóló sorozatunk első része itt.
Hogy mennyire nem ritkák a fekete lyukak, arra jó példa, hogy a Tejútrendszer közepén, a Földtől 26.000 fényévre is csücsül egy, valaha szebb napokat is látott példány. A Sagittarius A* fekete lyuk 6 millió évvel ezelőtt még sokkal aktívabb volt, komoly gázcsomókat sercintett ki a galaxisunkból, de amióta diétára fogták, inkább csak szendereg és kerüli a nyilvánosságot.
A Chandra űrtávcső által 2017-ben készített, nosztalgikus röntgenképén (az Ősrobbanás után járunk pár milliárd évvel) egy milliárd fekete lyuk nem látható, megtalálod mindet?
Sokkal érdekesebb és fotogénebb az M87 nevű, a Földhöz legközelebb lévő (de még így is 53 millió fényévre található) Virgo galaxishalmaz közepén gubbasztó szupermasszív fekete lyuk (a Powehi nevet kapta a keresztségben), aminek tényleg impozáns mérete van: 40 milliárd kilométer az eseményhorizontjának az átmérője - a fekete lyukká bindzsizett Nap 5 km-es lenne a Schwarzschild-sugár alapján. Ezeket a számokat nehéz kontextusba helyezni, szerencsére Randall, az Explain XKCD alapítója viszonyításként felhelyezte az eseményhorizontra a Nap és a Plútó távolságát (~6 milliárd km).
A többi paramétere is elképesztő: Powehi 6,5 milliárd naptömegű (csak mondom, hogy a Nap a Naprendszer teljes tömegének kb. 98%-át adja), szóval nem olyan anyaghiányos, mint az önkormányzatok saját pénzből felújított úthálózatai. A kivetett plazmája is elég komoly féknyomot hagy: 200.000 fényévig követhető.
De mitől lesz ekkora buflák? A fekete lyukak egymást és neutroncsillagokat is képesek elnyelni, a gravitációs hullámok (amiről már tervezünk egy posztot) igazolását is egy ilyen eseménynek köszönhetjük, de például mi lehet a magyarázata annak a 12 milliárd naptömegű szörnyetegnek, ami az ősrobbanást követő zűrös, első milliárd év végén jött létre? Olyan anomália ez, mintha az újszülött osztályon hirtelen megjelenne egy 93 kilós csecsemő. A legvalószínűbb elmélet szerint ezek a monstrumok ilyen rövid idő alatt csak úgy keletkezhettek, ha a gázok kihagyták a csillaggá alakulás fázisát és azonnal fekete lyukká omlanak össze.
Társaságban felmerülhet, hogy lehet lefotózni egy emberi ésszel szinte felfoghatatlanul messze lévő, a távolsághoz képest aránytalanul kisméretű, a látható fény tartományában nem észlelhető objektumot? Az Event Horizon Teleszkóprendszer tervezőinek és üzemeltetőinek nehezebb dolga volt, mintha Columbo feleségét Keyser Soze karjaiban kellett volna megörökíteniük. A távolság miatt egy olyan felbontású teleszkópot kellett tervezniük, amit ha a Holdra irányítanak, azzal ki lehet olvasni Armstrong cipőnyomának a recéit, mindezt a rádióhullámok tartományában. Ehhez a Föld 8 pontján elhelyezett rádióteleszkópok atomórával összehangolt közös képalkotására volt szükség: nagyon leegyszerűsítve úgy képzeljétek ezt el, mintha egy hatalmas tükröt darabokra törnének és ezekből alkotnak egy bolygó nagyságú gyűjtőlencsét (vagy egy olyan diszkógömböt, ami nem teríti, hanem fókuszálja a fényt). 2017-ben még viszonylag jól haladtak a kozmikus paparazziskodással a tudósok, 2018-ban viszont a légkörben felsűrűsödő vízgőz lassította a munkát, aztán az 5 petabytenyi adatot (nagyjából 60 évnyi HD-pornónak megfelelő adathalmaz) Massachusettsbe kellett szállítani repülővel és autóval, így tudtak nagyjából 100 gigabites másodpercenkénti adatátvitelt elérni - ha neten akarták volna átküldeni, az kb. 25 év lett volna.
A rengeteg képből gépi tanulásos algoritmusok segítségével (többek között betápláltak meglévő képeket nagy tömegű csillagok okozta gravitációs lencsehatásokról és fantáziarajzokat fekete lyukakról) finomították ki a végső képet.
Na de vissza a képhez: a lyuk körül, az eseményhorizonttól 3 Schwarzschild-sugár távolságra (60 milliárd km-re, ami ennél közelebb kerül az eseményhorizonthoz, az elnyelődik) közel fénysebességgel áramló akkréciós korongban plazmaállapotúvá izzik a sokmillió fokos, csillagokból és a csillagközi térből kiszívott anyag. Az akkréciós korong fényesebb részén a plazma felénk közeledik, a sötétebb részen pedig távolodik (nagyjából két nap alatt kerüli meg az eseményhorizontot), egy kis csavarral: a felső rész valójában az eseményhorizont mögött fut, csak a téridő hajlása miatt válik láthatóvá.
Az Interstellarban ábrázolt fekete lyuknál is ugyanez a jelenség okozza, hogy a forgástengelyre merőleges, sík korongnál az eseményhorizontot minden oldalról bebugyolálja a fényesség.
Az eseményhorizont a téridő torzulása miatt 2,6-szor nagyobbnak tűnik, mint amekkora a valóságban lehet, mert szemből látjuk majdnem minden oldalát, mint az asztalon kilapított stresszlabda hátsó felét vagy a strandon a nagyon kövér emberek melltartópánt által oldalra szorított hátháját. Az eseményhorizontnál ezt az árnyékszerű kivetülést, amit a még el nem nyelt, de már a fekete lyuk körül pályára állt fényrészecskék okoznak, fotonszférának nevezik.
Az eseményhorizontnál a gravitáció már annyira erős, hogy az idő (kívülről) megdermedni látszik: amint a fekete határt eléri valami, az kimerevedik és látszólag évmilliárdokig ott is marad kitűzve, mint Brezsnyev saját magának kiosztogatott háborús kitüntetései. A színe azért változna: a vöröseltolódásról (már az objektumnál, nem a szovjet főtitkárnál), vagyis a fény megnyúlásáról is a gravitáció gondoskodna. A téridő extrém felcsavarodása és a fotonszféra miatt előfordulhat az is, hogy egy idáig elérő űrhajós szeme elé hirtelen a tarkója kerül: ha mentek seggest ugrani egy fekete lyukba, akkor ne mondjátok megszokásból a fodrászotoknak, hogy mindegy milyen hátul a rőzsétek, úgysem fogjátok látni, mert de :)
Mi lehet a pixeles fekete részen belül? Az eseményhorizonton belüli világ enigmatikusabb, mint egy 30Y dalszöveg: a tér itt befelé görbül, mint egy vízesés peremén, a tér és az idő fogalma értelmét veszti. A newtoni fizika törvényei annyira érvényesülnek itt, mint az Aquamanben.
A gravitáció exponenciálisan felerősödik, ha bejutnál idáig egy nagyon szívós védőöltözetben, itt érne véget az utad: ha lábbal előre érkeznél, akkor a talpadra a középpont gravitációs hatása sokkal erősebben kezdene el hatni, mint a tested távolabbi részeire, ezért a lábrészed sokkal gyorsabban zuhanna a szingularitás irányába ami élettanilag nem kedvező. Az se segít ilyenkor, hogy a téridő tölcsérszerűen zár össze, szóval nem csak nyúlsz, de közben össze is nyomódsz egy atomnyi vékony, hosszú szállá, szóval a folyamat végén azért a Schobert Norbi még lehet, hogy rádkívánna. Ezt az állapotváltozást nevezik spagettifikációnak.
Lassan elérjük a fekete lyuk belső eseményhorizontját, ami az Univerzum legveszettebb helye lehet: a gravitáció által berángatott anyag itt fénysebességgel zakatoló centrifugális erővel találkozik. Egy gigantikus részecskegyorsító jön létre a kozmikus betonkeverőben: a nagysebességű ütközésektől hatalmas mennyiségű energia szabadul fel minden ezredmásodpercben. Olyan a hangulat, mint az Ősrobbanás előtti időkben lehetett: végtelen sűrűségű anyag és energia tölti ki a téridőt. Az egyik elmélet szerint az általunk ismert Világegyetem is egy szupernehéz fekete lyuk összeroppanásából keletkezett: a létezés szülőcsatornái lehetnek ezek a galaxisok közepén csücsülő monstrumok.
A belső eseményhorizonton belül a centrifugális erő és a gravitáció kiegyenlíti egymást, itt viszonylagos nyugalom van, mint a hurrikán szemében. A korábban pontszerűnek tekintett sűrű középpont (szingularitás) a forgó lyukas modellek (nem az instagram-, a fizikai) szerint inkább egy végtelenül vékony falú gyűrűre hasonlít, ami a téridő magába csavarodásának köszönhetően végtelen sebességgel forog. Itt az idő linearitása végképp megszűnik: akár korábban is kijöhetnénk innen, mint ahogy bementünk, már ha nem túltöltött elemi részecskékre szakadva lebegnénk a végtelen téridőben.
Ha esetleg mégis arrafelé jártok és sikerülne megtartani az integritásotokat, akkor feltétlen menjetek el Stephen Hawking időutazós bulijára, nagyon csalódott (volt), hogy egyedül ünnepel(t). Ja, és mondjátok meg ANNAK a wuhani arcnak, aki nyersen ette a tobzoskát/denevért/kígyót, hogy pirítson rá egy kicsit!
