Rémisztő, szabadon vándorló fekete lyukat találtak
Bebizonyosodott, hogy nem csak elméletben léteznek a magányosan vándorló fekete lyukak ( a kép illusztráció)
Nézze meg a sporthíreket is
Iratkozzon fel hírlevelünkre Nézze meg a sporthíreket is
Csatlakozzon hozzánk közösségi oldalainkon is!
Az elmúlt két-három évtizedben rendkívül látványos fejlődés zajlott le az észlelő csillagászatban az egyre nagyobb felbontású műszerek, a légkörön kívüli megfigyelésekre szolgáló űrtávcsövek, és az új észlelési technikák elterjedésének köszönhetően. Ennek tudható be, hogy az univerzum egyik legnehezebben megfigyelhető objektumairól, a fekete lyukakról is ugrásszerűen megnövekedtek az ismereteink. A fekete lyukaknak eddig már több típusát sikerült azonosítani, de mindeddig csupán elméleti megfontolások léteztek a csillagközi térben szabadon „kóborló" fekete lyukakról.
Furcsán kifényesedő csillagon akadt meg a kutatók szeme
A Cornell Egyetem és a baltimore-i Űrteleszkóp Tudományos Intézet asztrofizikusai, Kailash C. Sahu kutatócsoportja az idén január 31-én publikált tanulmányukban egy olyan 7,1 naptömegű fekete lyukról számoltak be,
amely a bizonyítékok szerint szabadon mozog a Tejútrendszerben.
A kutatók még 2011-ben az OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) és a MOA (Microlensing Observations in Astrophysichs) kutatási projekt során egy szokatlanul kifényesedő csillagra figyeltek fel a Tejútrendszer centrumában.
A mérési eredmények arra utaltak,
hogy a csillag kifényesedése egy közeli fekete lyuk gravitációs lencsehatására vezethető vissza.
Az úgynevezett gravitációs lencsehatás a térnek a nagy tömegű objektumok által okozott elhajlítására vezethető vissza. A szupernagy vagy szupersűrű tömegű csillagközi objektumok gravitációs ereje a közelükben egyenesen elhaladó fény terjedését meggörbíti, ami az optikai lencséhez hasonló hatást eredményez.
Mivel a fekete lyukak extrém erős gravitációval rendelkeznek, a tér begörbülése, illetve a gravitációs lencsehatás is jelentős általuk. A kutatók e felfedezés után a Hubble-űrtávcső segítségével további adatokat gyűjtöttek a rendellenesen kifényesedő csillagról és közvetlen kozmikus környezetéről, feltevésük alátámasztására. A hat évig tartó észleléssorozat igen nagy mennyiségű mérési adatot eredményezett.
Az adatok kiértékelése bizonyossá tette, hogy a különös jelenséget nem más, mint egy közeli fekete lyuk okozhatja. (Egyéb eshetőségeket, például egy barna törpe lehetséges hatását is megvizsgálták, de végül csak a fekete lyuk maradt fenn a rostán.)
A pályaelemzések tanúsága szerint szabadon haladó fekete lyuk tömegét és sebességét is sikerült meghatározni; a különleges objektum 7,1 naptömegű, és hozzávetőleg 45 km/sec sebességgel halad a csillagközi térben. Ez az első bizonyítottan szabad mozgású fekete lyuk, amit megfigyeltek.
A téridő elfajult tartományai, amelyekből nincsen kiút
Az még egyelőre tisztázatlan, hogyan keletkezhetett a szokatlan, „kóborló" fekete lyuk. Noha elméletileg már korábban megjósolták az ehhez hasonló fekete lyukak létezését, de mindeddig nem sikerült konkrét bizonyítékot találni rájuk. A fekete lyukaknak, a „téridő elfajult tartományainak" létét egyébként Albert Einstein általános relativitáselmélete jósolta meg először.
Fekete lyuk akkor jön létre, amikor egy adott tömegű - a jelenlegi ismereteink szerint legalább 1,7- 2,8 naptömegű - csillag anyaga az élete végén, az úgynevezett gravitációs összeomlás hatására bekövetkező szupernóva-robbanás után, egy kritikus értéknél kisebb térfogatba tömörül össze. Ebben az állapotban az anyag összehúzódását okozó gravitációs erő minden más anyagi erőnél nagyobbá válik, és egyetlen ponttá sűrűsödik össze.
Ebben a pontban, az ún. gravitációs szingularitásban
bizonyos fizikai mennyiségek, mint például a sűrűség vagy a téridőgörbület végtelenné válnak.
A szingularitást körülvevő térrészben a gravitáció olyan erős, hogy onnan sem a fény, sem pedig más anyag nem tud kiszabadulni, a fekete lyuk elnevezés is erre utal. Ugyanakkor a „lyuk" alatt nem valamiféle hagyományos értelemben vett lyukat, hanem a kozmikus térnek egy olyan pontját kell érteni, ami mindent elnyel, és semmit sem enged ki.
Ez alól egyetlen potenciális, elméletileg megjósolt, de megfigyelésekkel eddig még alá nem támasztott kivétel a Hawking-sugárzás, ami egy olyan speciális feketetest-sugárzás, amely a fekete lyukak eseményhorizontjának környezetében jöhet létre, kvantummechanikai hatások miatt.
A vándorló fekete lyukak létezésére vonatkozó korábbi elméleti feltételezések abból indultak ki, hogy a szupernóva-robbanáskor felszabaduló hatalmas energia
bizonyos esetekben szabályosan kilöki a csillagközi térbe a fekete lyukká összeomló csillagmagot,
amely így eltávolodik eredeti keletkezési helyétől, és szabadon tovasodródik a kozmikus térben.
A vándorló fekete lyukak, mint kozmikus útonállók
A fekete lyukak azonosítása azonban korántsem egyszerű feladat, mert a megfigyelésük komoly nehézségekbe ütközik. Az optikai tartományban láthatatlan és az óriási tömegük ellenére viszonylag kis méretű objektumokat elsősorban közvetett módon, a csillagokra gyakorolt hatásuk alapján lehet azonosítani. Ebben játszik fontos szerepet a gravitációs lencsehatás.
Ha egy csillag közelébe kerül a vándorló fekete lyuk, az erős gravitáció meghajlítja, meggörbíti a csillag fényét, ami optikailag az égitest kifényesedésével jár együtt, a csillag pozíciója pedig enyhén megváltozik.
Miután a fekete lyuk eltávolodott a csillagtól, a csillagnak helyreáll az eredeti fényessége és a pozíciója is. Csaknem egy évtizedig tartó szívó kutatás eredményeként a Cornell Egyetem és a baltimore-i Űrteleszkóp Tudományos Intézet asztrofizikusainak sikerült végre meggyőző bizonyítékot találniuk a kóborló fekete lyukak létezésére.
A szakemberek feltételezése szerint a Tejútrendszerben relatíve sok szabadon vándorló fekete lyuk létezhet.
De vajon mi történik akkor, ha egy ilyen, a galaxisban magányosan kóborló „gravitációs szörny" túlságosan is megközelít egy csillagot?
A válasz abban rejlik, hogy milyen közel kerül a csillag a fekete lyuk eseményhorizontjához. Az eseményhorizont általános értelemben olyan téridő határfelület, amelyen túli események már nincsenek semmilyen hatással a megfigyelőre.
A fekete lyukak esetében ez azt jelenti, hogy az eseményhorizont mögé került fénysugarak vagy anyag soha többé nem tudnak onnan kiszabadulni, mert az elméleti szökési sebesség itt már meghaladná a fény sebességét, amit viszont kizár a speciális relativitáselmélet.
Visszatérve az alapkérdéshez, ha a csillag súrolja az eseményhorizontot, akkor végérvényesen a fekete lyuk foglyává válik, amely elkezdi magába szippantani a csillag anyagát, amely spirálozva és egyre nagyobb sebességgel esik bele a szingularitásba. Hogy létezhetnek-e a vándorló fekete lyukak között ilyen kozmikus útonállók, arra még nincsen egyelőre egzakt válasz.
Források:
Kailash C. Sahu, Jay Anderson, Stefano Casertano and others: An Isolated Stellar-Mass Black Hole Detected Through Astrometric Microlensing, Cornell University, 31. 01. 2022.,
Griffiths, Jerry B.: Exact Space-Times in Einstein's General Relativity, Cambridge Core, 2009. 10. DOI:10.1017/cbo9780511635397,
Hawking, S. W.: The Large Scale Structure of Space-Time, Cambridge Core, 1973. 5. DOI:10.1017/cbo9780511524646.