Ez kell ahhoz, hogy láthassuk egy fekete lyuk fotongyűrűjét

A szupermasszív fekete lyukak megfoghatatlan jelenségek. Hatalmas gravitációs fenevadak, amelyek hatalmas fényességű kvazárokat képesek táplálni, vagy csendben meghúzódhatnak egy galaktikus mag fényes csillagai között.

Leginkább közvetve tanulmányozzuk őket fényes akkréciós korongjaik vagy az általuk létrehozott erőteljes plazmasugarak révén, de sikerült már közvetlenebbül is megfigyelnünk őket, például az Messier 87* (M87*) és a Sagittarius A* (Sgr A*) képeit. Ami azonban még mindig elkerüli a figyelmünket, az a rejtélyes fotongyűrű közvetlen képének elkészítése. Az Acta Astronautica című folyóiratban megjelent új munka javaslatot tesz arra, hogyan lehetne ezt megvalósítani.

A Universe Today szerint a fekete lyukak nem többek és nem kevesebbek, mint a tér és az idő eltorzult struktúrái. Az eseményhorizont jelenléte határozza meg őket, amely egy felületi határ, amelyhez a fénynek is csak egyirányú jegye van. Ez az a pont, ahonnan nincs visszatérés. Bármi, ami átlépi a fekete lyuk eseményhorizontját, örökre annak csapdájában marad.

Azonban vannak más meghatározó struktúrák is egy fekete lyuk közelében, mint például a fotonhéj. Ez a fotonok stabil körpályájának belső határa. Elméletileg a fotonhéjban lévő fény örökké keringhet a fekete lyuk körül, bár a valóságban a kis gravitációs ingadozások miatt a pályáik idővel instabillá válnának. Ha az eseményhorizont sugara R, akkor a fotonhéj sugara 1,5R értékű.

Rengeteg ‘tartozéka’ van egy fekete lyuknak

Nem tudjuk közvetlenül megfigyelni az eseményhorizontot vagy a fotonhéjat, de az ehhez legközelebbi jellemzőt meg tudjuk figyelni. Ez a fotongyűrű néven ismert vékony fénykör, amelyet azok a fotonok okoznak, amelyek olyan közelről súrolták a fekete lyukat, hogy útjuk közvetlenül felénk terelődött. Egy egyszerű fekete lyuk esetében a fotongyűrű sugara körülbelül 2,6R. Egy valódi, forgó fekete lyuk esetében a dolgok egy kicsit bonyolultabbak, mivel a fekete lyuk pörgése a fotonok energiáját a forgás irányába növeli, de mindkét esetben a fotongyűrű a legközelebbi fekete lyuk struktúra, amelyet távolról megfigyelhetünk. Mint ilyen, sokat elárulhat a fekete lyukakról és arról, hogy Einstein gravitációs elmélete pontos-e.

Az M87* fotongyűrűje a jelenleg rendelkezésünkre álló EHT-felvételeken látható, de nem jól kivehető. Egyes kutatások azt állították, hogy a fotongyűrű adatait meg tudjuk állapítani a háttérből, de ez azóta is vitatott. A fotongyűrű megörökítésével kapcsolatban az a fő probléma, hogy a jelenlegi felbontás határán van. Minden erőnkbe került, hogy az M87*-ről és a Sgr A*-ról olyan elmosódott képeket kapjunk, amilyenek készültek. Vannak tervek egy következő generációs eseményhorizont-teleszkóp (ngEHT) építésére, több obszervatóriummal és érzékenyebb detektorokkal, de még ez is lehet, hogy nem lesz elég a fotongyűrű megpillantásához.

Ez az új tanulmány tehát űrbe telepített nagyon hosszú bázisvonalú interferométerek (VLBI) konstellációját javasolja. Az antennákat széles Föld körüli pályán, vagy a Föld és a Hold közötti L2 Lagrange-pont körül lehetne elhelyezni. A földi légkör zavarása nélkül ezek a vevőkészülékek a földi obszervatóriumoknál rövidebb hullámhosszúságú rádiófényt tudnának rögzíteni. Ez lehetővé tenné a csillagászok számára, hogy nagy felbontású képeket készítsenek mind az M87*-ről, mind a Sgr A*-ról, és megfigyeljék fotongyűrűiket. A javasolt teleszkóp más szupermasszív fekete lyukakról, például az Androméda galaxisban található fekete lyukról is képes lenne kisebb felbontású felvételeket készíteni.

Ez a tanulmány a koncepció bizonyítása. Évtizedekbe fog telni, mire egy ilyen teleszkópot megépíthetünk. Ráadásul számos mérnöki kihívást kell megoldani egy ilyen konstrukció megvalósításához. De ezeken az ötleteken érdemes elgondolkodni. A fotongyűrű a fekete lyukak csillagászatának szent grálja, és csak akkor fogjuk megragadni, ha az eddigieknél messzebbre törekszünk.

Érdemes elolvasni:

• A NASA olyan aszteroidához akar eljutni, amely mindnyájunkat milliárdossá tenne
• Mi történik egy fekete lyuk közepében?