A fekete lyukak hatása

3. oldal / 3

A fekete lyukak hatása

A fekete lyukaknak – éppen hatalmas tömegük gravitációs energiája miatt – igen furcsa hatásai vannak. Az egyik ilyen, szinte hihetetlen hatás, magának a téridő szerkezetének megbontása. Megszoktuk, hogy a hétköznapi életben az idő mindig, mindenhol egyformán halad előre. Viszont a fekete lyukak környékén ez alapvetően megváltozik! A normál űrbéli haladási sebességhez viszonyítva a fekete lyukhoz közeledve az idő folyása egyre Einstein általános relativítás-elmélete miatt lassul. Egy kinti szemlélő számára ez a lassulás eleinte alig-alig észlelhető, de ahogy az objektum egyre jobban behatol a lyuk körüli iszonyú erős gravitációs térbe, úgy az idő lassulása is egyre erősebb lesz. Ráadásul ez a hatás egyre inkább erősödik és a fekete lyuk eseményhorizontján az idő folyása teljesen megáll.

(Kép eredetije: http://chandra.harvard.edu/resources/illustrations/blackholes.html)

Ahogy a gravitáció erősödik, úgy egyre durvul a mágneses tér is. A mágneses tér erővonalai mentén esnek bele a fekete lyukba az oda tartó töltött részecskék. Így, ha a fekete lyuk egy kettős csillag egyikéből alakul ki, akkor a másikból ezen erővonalak mentén át szív át anyagot az erősödő lyuk.

A következő videón először egy fekete lyuk szippant be egy neutroncsillagot miután szétszedte azt; a második részben egymás felé gyorsulva forgó bináris neutroncsillagot látunk, amelyek össze is olvadnak; míg a harmadikban két fehér törpével láthatjuk ugyanezt; míg az utolsó animációban egy galaxis közepén mindent magába szívó szupernehéz óriást láthatunk.

(Kép eredetije: http://chandra.harvard.edu/resources/illustrations/blackholes.html )

Nem pusztán a fekete lyukak, de sokkal kisebb csillagászati objektumok, például a mi Napunk is képes a gravitációs lencse hatásra. Ez abban nyilvánul meg, hogy egy távoli forrásból származó fény meghajlik a nagy tömegű csillagászati objektum hatására.

(Kép eredetije: http://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_lens)

Például a fenti képen a jobb oldalon lévő távoli galaxisok fényét a középen lévő hatalmas tömegű csillag vagy fekete lyuk meghajlítja, így azokat a bal oldalon lévő bolygón szemlélődő megfigyelő úgy látja, mintha a narancssárga nyilak irányából származtak volna. (Ez az ő látszólagos helyük.) De a valódi helyüket a fehér nyilak mutatják, mivel az eredeti helyről származó fénynyalábokat a középső objektum gravitációs tere alaposan meghajlította.

Ezt a jelenséget először 1924-ben említette a szentpétervári Orest Chwolson fizikus, de csak Albert Einstein tudta számításokkal is igazolni a létét 1936-ban. Így a fizikai/csillagászai szakirodalomban ezt Einstein-gyűrűnek nevezik, mivel Chwolson nem tudta megmagyarázni a jelenség mibenlétét. A gravitációs lencse-hatás egyik legszebb megnyilvánulása a Hubble Űrteleszkóp által készített Einstein-kereszt fényképe (G2237 + 0305 néven), ahol maga a fotó 5 képet mutat. A középső egy relatív közeli galaxis, míg a másik négy egyetlen egy igen távoli kvazár gravitációs lencse által megnégyszerezett képe. A kvazár távolsága kb. 4 milliárd fényév, míg a középen látható galaxisé „csak” 400 millió fényév.

(Kép eredetije: http://www.sciencephoto.com/media/333980/view)

A gravitációs hullámok

2016 elején jelentették be az Albert Einstein által megjósolt gravitációs hullámok észlelését.
A lényeg: amikor két csillagászati mértékben nagy tömegű objektum, pl. fekete lyuk elkezd egymás körül gyorsulva keringeni, akkor a téridőben akkor fodrozódásokat keltenek, hogy az a hagyományos gravitációs teret megbontva hullámokat kelti a most észlelt hullámokat, mint a téridő fodrozódása. Ezt legérthetőbben az alábbi videó magyarázza el:

A legelső ilyen konkrét észlelést 2016-ban jelentették be a Lézer Interferométer Gravitációs-Hullám Obszervatórium (LIGO) kutatói (Rainer Weiss, Barry C. Barish és Kip S. Thorne), melyért szokatlanul korán, már 2017-ben Fizikai Nobel-díjat kaptak. Az észleléskor a számítások szerint két neutroncsillag ütközött össze. A következő sikeres észleléskor már 2017. jan.4-én két, addig egymás körül keringő fekete lyuk kapcsolódott össze. A létrejött objektum kb. 49 naptömegű és igen messze van, mintegy 3 milliárd fényévnyire. Azóta kb. tucatnyi észlelés történt. Az összes eddigi sikeres észlelés megtalálható itt: https://www.ligo.org/detections.php.

A hullámokon túl: féreglyukak

A gravitációs hullámdetektorok számos fekete lyukat fedeztek fel, de ezeknél még furcsábbak lehetnek az esetleg létező (de még soha nem bizonyított vagy kimutatott) féreglyukak. A féreglyukak elmélete szerint az ebbe beeső fekete lyuk jelentős gravitációs hullámzást hozna létre, amelyet a LIGO vagy a Virgo obszervatóriumok képesek lennének észlelni. Az elmélet szerint a féreglyukba beeső anyag a lyuk mindkét oldalán hullámzást hozna létre, így lehetne kimutatni a féreglyukat. Az elmélet szerint a féreglyukak is egyfajta fekete lyukak, ám annyiban különböznek, hogy ami az egyik oldalukon beesik, az a mások oldalon képes felbukkanni.

Jelenleg semmilyen bizonyíték nincs a féreglyukak létezésére, de ha léteznek, akkor a kutatóknak esélyük van gravitációs hullámokkal észlelni a féreglyukakat. A dolgot azonban tovább nehezíti, hogy az általános relativításelmélet szerint, amely a gravitációt a téridő görbületének eseményeként írja le, lehetségesek a féreglyukak. Viszont ehhez negatív tömegű anyagra lenne szükség a féreglyuk bejártánál a járat megnyitásához, amit jelenleg nem értenek a fizikusok, mivel ennek egyetlen jeleleg ismert anyag sem fele meg.

Érdekesség, hogy a féreglyukak témája nagyon érdekli a filmeseket is, mivel számos film szól a fekete lyukakról, illetve a féreglyukakról. Csak néhány filmet kiragadva:

- After Earth – A Föld után (2013), https://www.imdb.com/title/tt1815862/
- Contact – Kapcsolat (1997), https://www.imdb.com/title/tt0118884/
- Event Horizon – Eseményhorizont (1997), https://www.imdb.com/title/tt0119081/
- Independence day: Resurgence – Függetlenség napja: Feltámadás (2016), https://www.imdb.com/title/tt1628841/
- Interstellar – Csillagos között (2014), https://www.imdb.com/title/tt0816692/
- Thor – Thor (2011), https://www.imdb.com/title/tt0800369/

2020. Fizikai Nobel-díj

A brit Roger Penrose az általános relativitáselmélet és a fekete lyukak kapcsolatában tett felfedezéseiért kapott díjat, a német Reinhard Genzelt és az amerikai Andrea Ghezt pedig mint az első olyan kutatókat ismerték el, akik szupermasszív objektumot azonosítottak a Tejútrendszer közepén, vélhetően egy fekete lyukat. A díj indoklásában kiemelték, hogy „Einstein óta a legnagyobb hozzájárulás az általános relativitáselmélethez”. Roger Penrose Stephen Hawkinggal közös elméletében rámutatott, hogy az általános relativitáselméletben az anyag mozgásegyenletének minden megoldásában létezik szingularitás.

A képen a 2020-as évi fizikai Nobel-díjasok: Reinhard Genzel, Andrea Ghez és Roger Penrose.

Tisztelt Olvasó! Köszönöm, hogy elolvasta cikkemet. Tisztában vagyok vele, hogy ez a cikk korántsem teljes, de nem is a teljesség igényével készült. Ez a cikk inkább népszerűsíti a tudományt, hogy minél több fiatal elmét csábítson az elméleti csillagászat végtelen rejtelmei közé. Kérem, ha bármi észrevétele, javaslata, kiigazítása van, tiszteljen meg vele! Előre is köszönöm!

Tamás Ferenc

Felújítva: 2016, 2018, 2019.ápr., 2020.okt. és 2022.szept.

Felhasznált irodalom:

Legfontosabbak

Programleírások

Egyéb informatika

Nem informatika

Fekete lyukak - A fekete lyukak hatása