Lefényképezték a lehetetlent és Einstein relativitáselmélete sem dőlt meg

Az Oscar-díjas színész, Morgan Freeman a világűr megszállottja. Társaságában rácsodálkozhatunk a világegyetem titokzatos világára. Producere, házigazdája és narrátora ugyanis a „Morgan Freeman: a féreglyukon át" című sorozatnak.

 – Minél nagyobb felbontásra képes teleszkópot építünk, annál kisebb dolgokat lehet meglátni vele. Ezért 8 rádióobszervatóriumból álló, Föld méretű rádiódetektor-rendszert kellett létrehozni ahhoz, hogy lefotózzuk ezt a gigantikus fekete lyukat, a Föld különböző pontjain található rádiódetektorok adatainak egyidőben történő kiértékelésével – tudjuk meg dr. Gergely Árpád Lászlótól. A Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Karának gravitációkutató professzora rávilágít, az évtized egyik legnagyobb tudományos eredménye, hogy sikerült fényképet készíteni a gravitáció einsteini elmélete által megjósolt fekete lyukról. Közel 350 kutató vett részt a hét évig tartó nemzetközi munkában, az Event Horizon Telescope (Eseményhorizont Távcső) projektben, amelynek eredménye tudományos világszenzáció és fontos csillagászati mérföldkő.

Dr. Gergely Árpád László maga is többször járt a tudományos munkában résztvevő intézetekben. Elárulta, hogy nagyjából tisztában volt azokkal az eredményekkel, amelyeket a nemzetközi sajtótájékoztatókon a héten bejelentettek. Az M87 galaxis központi fekete lyuka 6 milliárd naptömegű. Az Event Horizon Telescope kutatói a mi galaxisunkban lévő Sagittarius A nevű központi fekete lyukat is vizsgálták. Ez ugyan mintegy ezerszer kisebb (csak 4 millió naptömegű), de ezerszer közelebb is van hozzánk, tehát ugyanakkorának látjuk. Közelsége miatt azonban mintegy ezerszer gyorsabban is mozog, mintha 24 órás expozíciójú fényképet kellene készíteni egy szobában futkározó kisgyermekről.

 Marad a relativitás elmélete

Einstein megnyugodhatott volna, hiszen „hivatalosan" is bizonyítást nyert, helyes az általános relativitáselmélete, amely megjósolta a fekete lyukak létezését. Az M87-ről készült fotó bizonyítja, hogy a fekete lyukak, amelyek eredetileg csak a matematikai egyenletekben bukkantak fel – annak ellenére, hogy képtelenség látni őket –, a beléjük áramló anyag sugárzása segítségével lefényképezhetők és a téridő körülöttük valóban görbült.

Az Eseményhorizont Távcső (EHT) projekt által 2019. április 10-én közreadott kép egy fekete lyukról. Ez a történelem első, valódi fotója a jelenségről. A tudományos világszenzációnak és fontos csillagászati mérföldkőnek számító eseményt az EHT weboldalán közvetítették, amelynek infrastruktúráját a magyar Cheppers fejlesztő cég üzemelteti. Fotó: MTI/EPA

– Közvetett bizonyítékok eddig is voltak a fekete lyukak létezésére. Nem utolsósorban az, hogy 2015-ben először mértek közvetlenül gravitációs hullámokat fekete lyukak összeolvadásából. Ilyen hullámokat azóta még 11-szer sikerült kimutatni a LIGO Tudományos Együttműködésnek, melynek tagja a Szegedi Tudományegyetem is – meséli dr. Gergely Árpád László. Beavat: – A hónap elején újraindult legújabb gravitációshullám-vadászat éppen hétfő este mutatott ki egy újabb feketelyuk-egyesülésből keletkezett gravitációs hullámot. Ma már a mérések után 35 perccel bárki tudomást szerezhet az eredményekről, nem kell fél évig titkolni azokat, ahogyan az első mérések idején.

A fény sem tud elszökni

A nagyon erős gravitáció – ilyen van a fekete lyukak környezetében – képes a fényt megállítani. Nagy gravitációjú helyeken ugyanis létrejön egy olyan felület, amiről már a fény sem tud elszökni, nem beszélve az emberekről, űrhajósokról. Ez az eseményhorizont: képzeletbeli, matematikai felület. Ha egy nagy fekete lyuk (mint amilyent lefényképeztek) eseményhorizontján átmegyünk, az nem fáj, sőt egy darabig észre sem vesszük, csak éppen nem tudunk visszajönni és jelzést sem tudunk küldeni. Így felmerül a kérdés: akkor mégis hogyan lehet lefotózni?

– Csak akkor tudjuk ezt megtenni, ha van körülötte valamilyen anyag. Például csillagok, amelyeket a gravitációs erő kényszerít a fekete lyuk körüli keringésre. Vagy olyan anyag, mint a Szaturnusz körül keringő por, úgynevezett akkréciós korong. Amikor ennek a részecskéi belezuhannak a fekete lyukba, a szinte fénysebességgel száguldó fényes anyag mintegy koronát alkot. Ez a jelenség rádiósugárzást bocsát ki, amelyet rádióteleszkópokkal tudunk észlelni. És ahogyan már említettem, ahhoz, hogy egy fekete lyukat le lehessen fotózni, Föld méretű teleszkópra volt szükség. De ezt nem egyetlen mérőműszerként kell elképzelni. Ilyen detektorok vannak Franciaországban, Spanyolországban, Grönlandon, Arizonában, Hawaiin, Mexikóban, Chilében és a Déli-sarkon is. Külön-külön is óriásiak, több tíz méteresek. A 8 helyről származó, óriási adatmennyiséget összegyűjteni különleges adatfeldolgozási teljesítmény volt. A különleges fotó nem látható fényben, hanem rádiótartományban készült. A bemutatott képeket kiszínezték számunkra a tudósok, hiszen a mérések eredményeit legfeljebb hallhatnák – tudjuk meg a professzortól.

 Megismerhetjük a természet határait

–Felmerül, hogy a hétköznapi életünkben milyen jelentősége van a felfedezésnek?

– Míg elérte az emberiség ezt a célt, rendkívül érzékeny mérőműszereket kellett építenie. Számos mérnöki áttörés és óriási informatikai teljesítmény áll emögött a kép mögött. Igen jelentős, hogy ezzel is ellenőriztük a gravitáció modern elméletét, az általános relativitáselméletet, hiszen használnunk kell, ha kilövünk egy űrszondát, de a telefonjaink GPS-ében is be van építve. Azonban léteznek még modernebb gravitációelméletek is, melyek megmagyarázhatják az Univerzum gyorsuló tágulását és a sötét anyagot, ellenőrzésükre a fekete lyukakról készült fényképek alkalmasak lesznek.

Különleges fontossággal bír, hogy a világegyetemben csak két helyen nagyon erős a gravitáció: az egyik éppen a fekete lyukak környezete, a másik az Ősrobbanás. Ha a jövőben képesek leszünk nagyon messzire elnézni a csúcsteleszkópok segítségével, az Ősrobbanásig visszatekinthetünk, de a fekete lyukakat már napjainkban is közvetlenül láthatjuk, így betekintést nyerhetünk az erős gravitációs jelenségekbe – világít rá dr. Gergely Árpád László, akit arról is kérdeztünk, miért választotta ezt a pályát.

– Annak idején az iskolában, amikor a fizikát elkezdték tanítani, nagyon sok apró törvényről esett szó, de ezek nem álltak össze egységes képpé. Úgy éreztem akkor, hogy egyetlen alaptörvényből kellene levezetni őket, ez pedig a gravitáció. Persze, ha az ember kutatóvá válik, rájön, nagyon kevés dologból lehet majdnem mindent levezetni. Még biztosan nem teljes a természetről alkotott képünk. A science fiction könyveket is nagyon szerettem. A kutatási területemen előforduló fogalmak, fekete lyuk, féreglyuk pedig gyakran megjelennek a tudományos-fantasztikus filmekben.

A gravitációs hullámok felfedezésében fontos szerepet játszó Kip Thorne Nobel-díjas elméleti fizikus a Csillagok között (Interstellar) című hollywoodi mozi szakmai tudományos vezetője volt. Dr. Gergely Árpád Lászlótól megtudjuk, a sci-fiben nem szerepel olyan információ, ami bizonyítottan nem igaz. Éppen emiatt nagyon hiteles.

Nem hány fittyet az ismert fizikai törvényekre. Például a benne ábrázolt Gargantua fekete lyukat úgy modellezték meg a filmkészítők, hogy a fizikai egyenleteket betáplálták egy hatalmas szuperszámítógépbe, és numerikusan előállították a képet. Helyes természetismeretre, világszemléletre tanítva ezzel a nézőket.