A Nobel-díj és az első fekete lyuk kép

Valószínűleg hallottad a híreket az első fekete lyukról készült képről, amelyet a tudós posztolt. A kép nemcsak a csillagászat, hanem az egész világ számára elképesztő hír volt. Ez a kép volt az első lépés az információk egy új kapuja felé. Az univerzum minden egyes új információval egyre jobban megvilágosodik, és ennek köszönhetően képesek vagyunk jobban megérteni a bolygónkon túli rejtélyeket.

A közelmúltban láthattuk, hogy tizenkét díjazottnak ítélték oda a 2020-as Nobel-díjat, és hogy egyikük kutatásai és felfedezései milyen figyelemre méltó módon járultak hozzá az emberiséghez. Mindannyian csodálatos kutatók, és szívesen beszélnénk itt mindegyikükről, de ma az első fekete lyuk kép összefüggéseinek jobb magyarázata és megértése érdekében a fizikai Nobel-díjas Roger Penrose, Reinhard Genzel és Andrea Ghez munkásságáról fogunk beszélni.

A Nobel-díj hivatalos honlapja szerint a díjazottakat "annak felfedezéséért, hogy a fekete lyukak kialakulása az általános relativitáselmélet szilárd előrejelzése" és "a galaxisunk középpontjában lévő szupermasszív kompakt objektum felfedezéséért" ismerték el. Penrose lenyűgöző matematikai módszerekkel bizonyította, hogy a fekete lyukak kapcsolódnak Einstein relativitáselméletéhez, míg Reinhard Genzel és Andrea Ghez munkája megdönthetetlenül bizonyította, hogy valóban van egy fekete lyuk a Tejútrendszerünk galaxisának közepén, amelyet ma Sagittarius A* néven ismerünk.

Ahhoz, hogy teljes mértékben megértsük a témát, ismernünk kell néhány alapfogalmat a fekete lyukakról, mint például: "Mi az a fekete lyuk?"; "Miből épülnek fel?"; "Miből állnak?". Hol találhatunk egyet?"

Az első dolog, amit ismernünk kell, egy olyan fogalom, amelyet a csillagászat számos témájában sokat használunk, ez pedig az a fogalom, hogy mi az a téridő. A téridő egy négydimenziós sokaság, három dimenzió a tér és egy dimenzió az idő, egy koordinátarendszerben az (x,y,z,t) lenne. Érdekes tény, hogy ebben a koordinátarendszerben egyetlen pontot eseménynek nevezünk. Ezzel megkapjuk a fekete lyuk definícióját.

A fekete lyuk egy téridő régió ahol a gravitáció annyira, de annyira erős, hogy semmilyen gáz, por, részecske vagy akár a fény nem tud kitörni belőle! Ezek mind ERŐSEN vonzódnak a gravitációs erő által a fekete lyukba és eltűnnek, egy olyan helyre mennek, ami még ma is ismeretlen a tudósok számára. Az érdekes rész itt az, hogy ha még a fény sem tud kiszabadulni ebből az erőből, akkor lehetetlen látni egy fekete lyukat, vagy egyáltalán tudni, hogy hol van. Ez olyan, mintha egy fekete tárgyat próbálnánk meglátni egy fekete háttérben, nem látjuk, vagy ha mégis, akkor nagyon nehéz. Szóval, hogyan csinálják a tudósok?

Elméletileg a fekete lyukak általában akkor keletkeznek, amikor egy nagyon nagy tömegű, a Napnál sokkal nehezebb csillag összeomlik, élete végén. A tömeg nagyon fontos tényező annak eldöntésében, hogy a halott csillag fekete lyukká vagy neutroncsillaggá alakul-e át. Ez a szupertömegű csillag a gravitáció miatt nagyon kis térbe szorul, és a fekete lyuk kialakulásához ez a kompakt tömeg az általános relativitáselmélet szerint deformálhatja a téridőt.

Ez a téridő-deformáció gravitációs gyorsító erőt hoz létre, amely a sűrű tömegű test középpontja felé mutat. És ennek az erőnek köszönhetően a fekete lyuk közelében vagy annak közelében lévő gázok és részecskék elkezdenek forgási sebességet nyerni, és erőszakkal a fekete lyukba vonzódnak. Ezt a jelenséget nevezik Akkréciós korong.

Ez a gravitációs és súrlódási erő minden elektromos töltéssel rendelkező gázt és részecskét arra késztet, hogy ne csak hőmérséklet-emelkedést, hanem különböző frekvenciájú elektromágneses sugárzást, például infravörös vagy röntgensugárzást is generáljon. Ennek a csodálatos tulajdonságnak köszönhetően egy fekete lyuk "látható". Ez jó, de nem könnyíti meg a tudósok munkáját 100százalékosan, van egy frekvencia, amit nyomon lehet követni, de még mindig nem lehet azt mondani, hogy "ó, nézd, egy fekete lyuk van ott az égen". Nem kezelhetjük a fekete lyuk fényét ugyanúgy, mint egy közönséges csillagét; ezek nagyon különböznek egymástól. De a jó hír az, hogy a kezdetben fekete objektum most már kissé világít a fekete háttérben.

A fekete lyuk első képén az akkréciós korong látható. A fekete lyuk ebben az esetben 6,5milliószor nehezebb, mint a Napunk, és a Messier 87 galaxisban található, 53millió fényévre a Földtől. A képet a világ nyolc különböző távcsövének, az Event Horizon Telescope-nak és néhány más űrteleszkóp-missziónak az időmunkája tette lehetővé, együttesen egyszerre rögzítik az M87-es csillagkép adatait, 2017 áprilisában. Mindegyikük más-más adatot rögzített a fekete lyukról, majd utóbb minden összeállt a képet alkotva. Könnyű és egylépéses dolognak tűnhet, de a tudósnak keményen kellett dolgoznia, hogy teljesen megértse az összes adatot, és hogy hogyan kezelje azokat, milyen algoritmust használjon és hogyan használja.

Egy 1997-ben megjelent cikkében Genzel kimutatta, hogy öt különböző év, 1992 és 1996 között gyűjtött adatai gyorsan mozgó csillagokat rögzítenek az Sgr A* közvetlen közelében, és hogy egy nagyon nagy és nehéz sötét tömeg tartózkodik e csillagok közepén. "Normál csillagok, csillagmaradványok vagy szubsztelláris entitások stabil konfigurációja nem létezik ebben a sűrűségben" - áll a cikkben (GENZEL et al., 1997). Következtetésük szerint "a Tejútrendszer magjában egy hatalmas fekete lyuknak kell lennie".

Egy másik, 1998-ban megjelent cikkben Ghez egy két évig tartó vizsgálat során ugyanezen a helyen ugyanezt a mozgó kezdődő mintázatot észlelte, ahogyan a cikkben írja: "mind a csillagfelszíni sűrűség, mind a sebességdiszperzió csúcsai összhangban vannak a fekete lyukjelölt (akkor még jelölt) Sgr A* pozíciójával" (GHEZ et al., 1998). A tanulmányban használt felvételeket közeli infravörös hullámhosszon nyerték, olyan frekvencián, amelyet az akkréciós korong bocsát ki.

Íme egy rövid lista ezekkel a cikkekkel:

GENZEL, R. et al. On the nature of the dark mass in the centre of the Milky Way. A Királyi Csillagászati Társaság Havi Közleményei, 291. évfolyam, 1. szám, 219-234. o., 11. sz. 1997.

GHEZ, A. M. et al. High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A\ast: Evidence for a Supermassive Black Hole at the Center of Our Galaxy. The Astrophysical Journal, 509. évfolyam, 2. szám, 678-686. o., 1998. december.

GHEZ, A. M. et al. Measuring distance and properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits. The Astrophysical Journal, 689. évfolyam, 2. szám, 1044-1062. o., 2008. december.

Hát nem gyönyörű az univerzum?

Mindez már most is hihetetlen, de még sok minden várat magára, ahogy David Haviland, a fizikai Nobel-bizottság elnöke mondta: "...ezek az egzotikus objektumok még mindig sok kérdést vetnek fel, amelyek válaszokért könyörögnek, és a jövőbeli kutatásokat motiválják. Nemcsak a belső szerkezetükkel kapcsolatos kérdéseket, hanem azt is, hogy hogyan tesztelhetjük gravitációs elméletünket a fekete lyukak közvetlen közelében uralkodó szélsőséges körülmények között". Mi pedig itt leszünk, bár már alig várjuk a következő szünetet! Addig is köszönjük az idei díjazottaknak Roger Penrose, Reinhard Genzel és Andrea Ghez, fantasztikusak vagytok!

Ha Roger Penrose munkásságáról is szeretnél olvasni, itt találsz néhány cikket a munkásságáról. Az egyiket a legendás Stephen Hawking. Itt is megnézheti ezeket a cikkeket:

HAWKING, S.; PENROSE, R. A tér és az idő természete. American Journal of Physics, 65. évfolyam, 7. szám, 676-676. o., 1997. július 1.

EHLERS, J.; RINDLER, W.; PENROSE, R. Az energiamegőrzés mint a relativisztikus mechanika alapja. II. American Journal of Physics, v. 33, n. 12, p. 995-997, 1 dez. 1965.

NEWMAN, E.; PENROSE, R. A gravitációs sugárzás megközelítése a spin együtthatók módszerével. Journal of Mathematical Physics, v. 3, n. 3, p. 566-578, 1 maio 1962.

PENROSE, R.; RINDLER, W. Az energiamegőrzés mint a relativisztikus mechanika alapja. American Journal of Physics, v. 33, n. 1, p. 55-59, 1965. jan. 1.

Ha bármilyen csillagászati témájú projektje vagy előadása van, az Mind the Graph segítségével hatékonyabbá, didaktikusabbá és szórakoztatóbbá teheti a tartalmat! Tudjuk, hogy nehéz jó képeket szerezni a témához, ezért mi itt vagyunk, hogy segítsünk ebben, megnézheti a csillagászatról szóló tartalmainkat. itt.

Az Mind the Graph-ben mindent megtalálsz, amire szükséged van, és ha nem, mi segítünk neked!

Javítsuk együtt a tudományos kommunikációt! Készen állsz egy próbára?

A Nobel-díj és az első fekete lyuk kép

Iratkozzon fel hírlevelünkre

Fabricio Pamplonáról