Csobbanunk?

A hónap elején jelent meg egy sajtóközlemény a Sky and Telescope oldalán, a (jelenleg is fejlesztés alatt álló) Event Horizon Telescope egyik első méréseit bemutató cikkről. Az EHT projektet már bemutattam itt a blogon. A fenti cikkben ismertett mérésben csak három antennát használtak a rendszerből, a kaliforniai, arizonai és hawaii műszereket. Ugyan az EHT legfontosabb, elsődleges célpontja a Tejútrendszerünk közepén található szupernagy tömegű fekete lyuk (hiszen ezt tudjuk a lehető legjobb felbontással tanulmányozni), a második legtöbbet ígérő célforrást, a közeli M87 aktív galaxismagot vizsgálták meg a cikk szerzői.

M87 (Biretta et al. Hubble Heritage Team)

Az M87-ben található fekete lyuk pár milliárd naptömegű (összehasonlításképp a Tejútrendszerünkben lévő alig két és fél millió naptömegű), és környezetéből anyagot fog be - ahogy egy AGN-től ez el is várható. A cikk szerzői azt vizsgálták, hogy vajon helyes-e ez az elképzelés, ténylegesen fekete lyukra hull az anyag. Ha valami normális, valódi felszínnel rendelkező égitestre zuhanna ez a behulló anyagmennyiség, akkor valamilyen csobbanást (splash) kellene tapasztalni, (a súrlódás miatt az egyébként is fényes anyag még jobban) felfényesedne becsapódáskor. Viszont ha egy fekete lyukra hullik az anyag, annak nincsen klasszikus értelmeben vett felszíne, a behulló anyag az eseményhorizonton belül eltűnik (hiszen onnan már a fény sem képes kiszökni).

Először tehát kiszámolták mennyi anyag hullik a központi obejktumra, majd pedig, hogy ez alapján milyen kisugárzott teljesítményre számítanak, ha ez becsapódik egy felszínnel rendelkező (hétköznapi) égitestre. A mérések azt mutatták, hogy legalább egy nagyságrenddel halványabb a központi sugárforrás, mint amilyen akkor lenne, ha az anyag egy felszínnel rendelkező objektumba csapódna bele. Tehát habár ez nem százszázalékos bizonyíték arra, hogy egy esemény horizont mögött tűnik el a behulló anyag, de mindenképpen újabb fontos érv amellett, hogy az aktív galaxismagok központi energiaforrása egy szupernagy tömegű fekete lyuk.

Filmajánló

Tudományos fantasztikus művekben a legalapvetőbb problémát az szokta jelenti, hogyan oldják meg hogy a szereplők emberi léptékkel mérhető idő alatt jussanak el A-ból B-be (ahol A és B minimum két távoli csillagrendszer). Sok ügyes irodalmi fogás létezik a probléma leküzdésére, az egyik lehetőség a féreglyuk (magasabb dimenziók, fekete lyuk, stb) használata. Anno Carl Sagan Contact-ja és a hamarosan a mozikba kerülő Interstellar (magyar címe Csillagok között lesz) is ezt a megoldást részesítette előnyben. Az Interstellar történetének alapötletét is egy asztrofizikus jegyzi, Kip Thorne (többek között a Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, a LIGO projekt egyik alapítója), aki a film egyik producere is (executive producer - megvalósításért felelős producer).

A Wired magazin cikke szerint a filmkészítők a fentiek tudatában nem meglepő módon (és nagyon helyesen) nem aprózzák el a dolgot: ők igazi fekete lyukat szeretnének mutatni a nézőközönségnek. Úgyhogy Thorne írta fel a téregyenleteket, amik alapján a speciális effektek készítői lerenderelhetik a valósághű fekete lyuk képét. Először gondolom kicsit megállt bennük az ütő, amikor kiderült, hogy az eddig használt raytrace programot kicsit át kellene írni, mert hogy a fekete lyuk közvetlen környezetében a fény terjedése (az erősen görbült téridőben) nem a szokásos egyenes vonalat követi. De aztán olyan jól belelendültek a szimulációba, hogy a fekete lyukhoz akkréciós korongot is hozzácsaptak, hogy megnézzék az abból jövő fény vajon hogyan térül el. 

A kép annyira jól sikerült, hogy Thorne és a render-csapat további együttműködést fontolgat. Minimum két cikket, egy asztrofizikai témájút és egy technikai jellegűt terveznek. Értelemszerűen engem az előbbi érdekel. Kíváncsi lennék, hogy az Event Horizon Telescope-hoz (is) készült, fekete lyuk árnyék (black hole shadow) szimulációkhoz képest (lásd ezt a korábbi bejegyzést) ez milyen újdonságot hoz, vajon tesz-e olyan predikciókat, amik megfigyelhetőek jelenlegi műszereinkkel.

A Wired cikkét részletesebben bemutató magyar összefoglalót (szép képekkel) itt lehet elolvasni. 

EU-s pénz a fekete lyukba ömlik - de ez most jó hír :)

A European Research Council (ERC) az EU tudományos keretprogramjából finanszírozott szervezet, amely tagállamok kutatóinak biztosít pályázati lehetőséget. A verseny hatalmas, 2007 óta összesen 43000 pályázat érkezett be és ebből 4500 projektet támogattak. A 2014-től induló EU-s Horizon 2020 programból 13.1 milliárd eurós költségvetéssel veszik ki részüket. 

Természetesen több kategória is van, a Synergy Grant keretében kutatók illetve kisebb kutatócsoportok együttműködését támogatják. Itt lehet a legnagyobb pénzösszeget nyerni, tehát értelemszerűen itt a legnagyobb a verseny is. 2013-ban például 449 pályázat érkezett be és 13 nyertest hirdettek. A tizenhármak egyike a Tejútrendszer középpontjában lévő szupernagytömegű fekete lyuk vizsgálatát célzó kollaboráció. A projekt három vezető kutatója (principal investigator, PI): Heino Falcke (Radboud Egyetem, Nijmegen, Hollandia és ASTRON), Michael Kramer (Max Planck Rádiócsillagászati Intézet, Bonn, Németország) és Luciano Rezzolla (Elméleti Fizikai Intézet, Goethe Egyetem, Frankfurt, és Max Planck Gravitációfizikai Intézet Németország). A csoport 14 millió eurót nyert a maximálisan egy csoportnak adható 15 millióból és mellesleg ez az első asztrofizikai témájú nyertes Synergy Grant pályázat.

A pályázat fő célkitűzése a galaxisunk középpontjában jelenleg nyugodtan üldögélő négymillió naptömegű fekete lyuk körüli úgynevezett fekete lyuk árnyék (black hole shadow) leképezése. A Sagittarius A* nevű rádiósugárzó objektum nem aktív, de azért lassan akkretál anyagot környezetéből. A fekete lyukba behulló anyag erős rádiósugárzást bocsát ki (amíg még tud, hiszen az eseményhorizonton túlról - jelen tudásunk szerint - már nem tud kiszökni az elektromágneses sugárzás sem). A rádiósugárzás a fekete lyuk gravitációs terében elhajlik és ezt a torzulást remélik a kutatók megvizsgálni.

Ez az árnyék azonban meglehetősen kicsi, olyan mintha egy almát akarnánk a Földről a Holdon megfigyelni. A méréshez tehát a legjobb elérhető felbontásra van szükség, nagyon hosszú bázisvonalú interferométeres technikát (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) kell alkalmazni. Az úgyneveztt Event Horizon Telescope ötlete először 15 éve merült fel, de a technikai megvalósítása most tűnik tényleg lehetségesnek. Az interferométeres hálózat milliméteres és szubmilliméteres hullámhosszakon működő antennákból fog állni. Hawaii-i, kaliforniai és arizonai antennák hálózatával már sikeres méréseket végeztek, az elért felbontás a Sagittarius A* Schwarzschild-sugarának hatszorosa volt. (Ha egy adott tömegű objektumot Schwarschild-sugarú gömbbé nyomunk össze, akkor annak felszínén a szökési sebesség a fénysebesség lesz.) További antennák bekapcsolásával tervezik a felbontás növelését. Például a chilei ALMA hálózatot egyetlen antennaként bekötve a hálózat felbontást megduplázhatják. A jelenlegi és tervezett hálózat tagjait ezen a weboldalon lehet megnézni.

Tervezett antenna-hálózat az Event Horizon Telescope-hoz.  

Az ERC nyertesek tehát szorosan együtt fognak működni az EHT projekttel. Emellett a projekt másik célkitűzése, hogy a központi fekete lyuk közelében pulzárokat találjanak. A legelső ilyen pulzárt 2013-ban fedezték fel (véletlenül, miközben már egy évtizede hiába kerestek célzott kutatásokkal). A pulzárok nagyon gyorsan forgó, erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillagok, amelyek pulzáló rádiójeleit az időről időre a megfigyelő irányában végigseprő mágneses tengely mentén mozgó elektromos töltött részecskék által kibocsátott szinkrotron sugárzás okozza. A pulzárok jelei nagyon pontosan követik egymást (a periódus lehet néhány másodperc, de akár milliszekundomos rövidségű is), viszont az erős gravitációs tér hatására a jelek periódusa változik. Ily módon, több pulzár megfigyelésével, lehetőség lenne a Sagittarius A* gravitációs terének feltérképezésére.

A projekt harmadik területe elméleti kutatás, amelynek keretében szimulálni fogják a központi fekete lyuk hatását a körötte elhelyezkedő anyagra és sugárzásra. A mérési eredményekkel összevetve tesztelhető az általános relativitáselmélet, illetve egyéb alternatív gravitációs elméletek is.

A kutatás további európai résztvevői: Robert Laing (ESO), Frank Eisenhauer (Max Planck Institute für extraterrestrische Physik, Garching, Németország) és Huib van Langeveide (JIVE, Hollandia).