Megvan hol keressünk új tudást, a fekete lyukakról készülő képeken
2020 / 03 / 19 / justin.viktor
Megvan hol keressünk új tudást, a fekete lyukakról készülő képeken
Tavaly áprilisban nagy nemzetközi izgalmat váltott ki, amikor az Event Horizon Telescope (EHT), először alkotott képet egy fekete lyukról. Ma kutatók egy csoportja új számításokat tett közzé, amelyek új információval kecsegtető, bonyolult szub-struktúrákat jósolnak a fekete lyukak képein, a szélsőséges gravitációs fényhajlás hatására.

"Egy fekete lyuk képe, valójában beágyazott gyűrűsorozatokat tartalmaz" - magyarázta Michael Johnson, a Harvard és Smithsonian Asztrofizikai Központból (CfA). "Minden egymást követő gyűrű átmérője megegyezik, de a képük egyre élesebbé válik, mivel a fényük többször kerülte már meg a fekete lyukat, mielőtt megérkezett volna a megfigyelőhöz. A jelenlegi, EHT által készített képpel, csak egy röpke pillantást vethettünk arra a bonyolult valósságra, amelynek  bármilyen fekete lyuk képén meg kellene jelennie."


Egy fekete lyukról készülő fényképen fényes emissziós gyűrű látszik, amely a fekete lyuk által vetett "árnyékot" veszi körül. Ez a gyűrű egyre növekvő élességű szub-gyűrűkből áll, amely rétegződés megfelel azon körpályák számának, melyeket a fotonok a fekete lyuk körül megtesznek, mielőtt eljutnának a megfigyelő kamerájába. Kép: George Wong (UIUC) és Michael Johnson (CfA)

Mivel a fekete lyukak csapdába ejtenek minden fotont, amely átlépi az esemény-horizontjukat, “árnyékot” vetnek az őket körülvevő, felfénylő, beáramló gázból álló forró anyagra. Ezt az “árnyékot” egy “fotongyűrű” veszi körül, amely abból a fényből származik, amit a fekete lyuk közelében az erős gravitáció koncentrál. Ez a fotongyűrű hordozza a fekete lyuk ujjlenyomatát - mérete és alakja kódolja a fekete lyuk tömegét és forgását, vagy spinjét. Az EHT képeivel a fekete lyukak kutatói új eszközt kaphatnak ezeknek a rendkívüli égitesteknek a tanulmányozására.

"Rendkívül izgalmas időket élünk, ha a fekete lyukak fizikájára gondolunk" - mondta Daniel Kapec, az Advanced Study Institute-tól.

"Einstein általános relativitáselmélete számos meglepő előrejelzést ad az olyan típusú megfigyelésekre, amelyek végre elérhetővé váltak, és azt hiszem, hogy az elkövetkező években sok előrelépésre számíthatunk."

"Teoretikusként azt gondolom, hogy az elméletek és kísérletek gyors összeérése különösen eredményes, és remélem, hogy továbbra is folytathatjuk az általános relativitáselmélet univerzális előrejelzései részelemeinek elkülönítését és megfigyelését, ahogy ezek a kísérletek egyre érzékenyebbé válnak" - tette hozzá Kapec.

A video magyarázata:

A fekete lyukak vetette “árnyék” a fényes környező anyag képén, az erős gravitációs mezőnek köszönhető, ami meghajlítja, és csapdába ejti a fényt. Az árnyékot erős fényű gyűrű határolja, amely megfeleltethető azoknak a fotonoknak, amelyek a fekete lyuk közelében haladnak el, mielőtt kiszabadulnának annak vonzásából. A gyűrű valójában növekvő fényességű szub-gyűrűk halmaza, ahol az n-edik szub-gyűrű megfelel azoknak a fotonoknak, amelyek n/2-szer kerülték meg a fekete lyukat, mielőtt a megfigyelőhöz érkeztek volna. Ez az animáció megmutatja, hogy miként alakul ki egy fekete lyuk fényképe ezekből a szub-gyűrűkből és a képet létrehozó fotonok pályáiból. (Asztrofizikai Központ, Harvard & Smithsonian) 

Interdiszciplináris kutatás

A kutatócsoportban megfigyelő csillagászok, elméleti fizikusok és asztrofizikusok vettek részt. "A különböző területek szakértőinek összehozása lehetővé tette számunkra, hogy valóban összekapcsoljuk a fotongyűrű elméleti megértését azzal, ami megfigyeléssel elérhető" - jegyezte meg George Wong, az Illinoi-i Egyetem fizikai végzős hallgatója. Wong olyan szoftvert fejlesztett, amely szimulált fényképeket készít fekete lyukakról, nagyobb felbontással, mint amennyit korábban képesek voltak kiszámítani, és ezeket lebontja egy becsült alkép-sorozattá. "Az, ami klasszikus ceruzával és papírral végzett számításként indult, arra késztetett bennünket, hogy a szimulációinkkal új határokat lépjünk át" - mondta Wong.


Egy fekete lyuk fotongyűrűjének univerzális interferometrikus profiljai. Kép: Michael D. Johnson (CfA), Szimuláció: George Wong (UIUC)

A kutatók arra is rájöttek, hogy a fekete lyukakról készülő képek szub-struktúrája vagy ha úgy tetszik, kompozit-képsorozata, új lehetőségeket teremt a fekete lyukak megfigyelésére is. "Ami igazán meglepett minket, hogy míg a beágyazott szub-gyűrűk szinte észrevétlenek szabad szemmel a képeken, addig ugyanezek a gyűrűk, erős és világos jelek az interferométernek nevezett távcső-tömbjeink számára" - mondta el Johnson.

Kevesebb távcső is elég

"Míg egy fekete lyuk képének rögzítése általában sok távcsőre elosztott feladat, addig a szub-gyűrűk tanulmányozásához pusztán két darab, egymástól megfelelően távol elhelyezkedő távcsövet használhatunk. Elegendő lenne mindössze egyetlen űrtávcsövet hozzáadni az EHT-hez.” 

“A fekete lyukak fizikája mindig is gyönyörű téma volt, mély elméleti vonatkozásokkal, de most végre kísérleti tudománnyá is vált"

- mondta Alex Lupsasca a Harvard Society of Fellows-tól.  "Mint teoretikus, örülök, hogy végre valódi adatokat gyűjthettem ezekről az égitestekről, amelyekről oly régóta folytatunk absztrakt gondolkodást." Az eredményeket a Science Advances folyóiratban tették közzé.

(Forrás: Phys.org Képek: CFA, UIUC, Pxfuel)

Ha tetszett ez a cikk, kövess minket a Facebookon is!


Ezek is érdekelhetnek

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.