A fekete lyukak fényképezésének korszakát éljük. 2019-ben bemutatták az első képet egy fekete lyukról, amelyet egy szimulált Föld méretű távcső segítségével készítettek – ez volt az Event Horizon Telescope (EHT) nevű, rádiómegfigyelőkből álló hálózat. Alex Lupsasca és a Vanderbilt Egyetem kutatói azonban ennél részletesebb képet szeretnének – és ehhez egy még nagyobb távcső dukál. Lupsasca és csapata most tehát a Black Hole Explorer (BHEX) távcső elindítását tervezi, amely a Földtől 20 ezer kilométerre helyezkedne el, így egy bolygónál is nagyobb vevőt kapnánk eredményül. Egy ilyen szerkentyűvel pedig a kutatók a fekete lyukak egyik legtitokzatosabb részét, a fotongyűrűt is megfigyelhetnék.

Lupsascával most a New Scientist készített egy hosszabb interjút, aminek a tartalmát alább összefoglaltuk:

Az EHT által készített első fekete lyuk felvétel nyolc rádiómegfigyelőközpont összehangolt működésével készült világszerte, egy Föld méretű távcsövet szimulálva. Lupsasca szerint viszont az égen található, számunkra hihetetlenül aprónak tűnő objektumok, például az M87* fekete lyuk megfigyeléséhez ennél sokkal nagyobb távcsőre van szükség. A cél a fekete lyuk fotongyűrűjének megfigyelése nagy felbontású felvételek készítésével, amihez a Földnél lényegesen nagyobb távcső szükséges.

A távcső virtuális felépítése a következő – Lupsasca a folyamatot ahhoz hasonlítja, amikor egy tükröt szilánkokra törnek, és ezeket a Földön egymástól távol helyezik el:

“Képzeld el, hogy van egy nagy, tükrös tányérod, amit darabokra törsz, majd ezeket a darabokat széthordod a Föld különböző pontjaira és még azon is túl. Minden egyes darab csak egy kis részt mutat a fekete lyukból, de ha nagyon pontosan rögzíted ezeket az információkat, virtuálisan újra összeillesztheted a darabokat, hogy teljes képet kapj. Elég sok darabbal ez a kép szinte olyan pontos lesz, mintha egy Földnél is nagyobb távcsövet használnál.”

A küldetés kritikus eleme tehát a fent említett fotongyűrű, ami úgy jön létre, hogy a fény egy fekete lyuk peremén kering, mielőtt elhagyja az eseményhorizontot. Ez a gyűrű létfontosságú információkat hordoz a fekete lyuk körüli tér-idő geometriáról. Ennek a gyűrűnek a megfigyelése és mérése épp ezért fontos betekintést nyújthat a gravitáció extrém körülmények közötti működésébe, ami elengedhetetlen a valóság alapvető szerkezetének a megértéséhez.

Lupsasca szerint a gravitáció, a természet leggyengébb, de legmegfoghatatlanabb erejének a tanulmányozása ugyanis kiemelten fontos feladat. Míg a kvantumtérelmélet megmagyarázza az elektromágnesességet és a nukleáris erőket, mégsem teljesen kompatibilis Einstein általános relativitáselméletével, amely pedig éppen a gravitációt írja le. A fekete lyukak szélsőséges gravitációs mezőikkel viszont a legjobb lehetőséget kínálják a gravitáció ilyen körülmények közötti viselkedésének megfigyelésére és megértésére.

A BHEX által a tervek szerint megfigyelt első fotongyűrű a fekete lyuk körüli félfordulattal jön létre. Ezen a gyűrűn belül több halványabb részgyűrű is található, amelyek mindegyike többször kering a fekete lyuk körül. Ezek a gyűrűk, szinte tökéletes körök enyhe periodikus eltérésekkel, és bonyolult részleteket fedhetnek fel a fekete lyuk gravitációs mezőjéről.

A BHEX megfigyelései az általános relativitáselméletet is tesztelnék olyan módszerekkel, amilyenekre korábban soha nem nyílt lehetőség – hiszen tehát egy erős gravitációs rendszert vizsgálnának. Míg az általános relativitáselmélettől való eltérések felfedezése ambiciózus cél, a küldetés várhatóan egyéb értékes asztrofizikai betekintést is nyújt, például a mágneses mezők és az anyag viselkedésébe egy szupermasszív fekete lyuk közelében.

Ami a technológiai kihívásokat illeti: a távcsövek összekapcsolása a Földön és az űrben hatalmas adatmennyiség rögzítését igényli. Az első fekete lyuk képet rögzítő EHT petabájtnyi adatot gyűjtött, amelyeket fizikailag is az MIT-be kellett szállítani a feldolgozás céljából. A BHEX segítségével az adatokat azonban élőben kellene a Földre sugározni az űrből, amihez az MIT Lincoln Laboratóriuma fejlett lézeres adatátviteli rendszerekkel járulna hozzá.

A NASA egyébként még nem hagyta jóvá a BHEX küldetést, de már így is jelentős előrelépések történtek: megszületett a NASA Goddard Űrrepülési Központjával az együttműködés, valamint Fred Ehrsam technológiai befektető már be is szállt a projekt finanszírozásába. A csapat most azon dolgozik, hogy egy teljes, kidolgozott javaslatot nyújtson be a NASA-nak, és 2031-ig egy műholdat felbocsásson.

(Kép: South Pole Telescope, forrás: John Mallon III/NSF)