Miért pörög minden fekete lyuk?
A forgás titka a perdületben, vagyis a szögimpulzusban rejlik. Ez ahhoz hasonlítható, amikor egy gyerek pörgeti a játékkerekét, és azt mindaddig nehéz megállítani, amíg gyorsan forog. Minél nagyobb a tárgy tömege és a forgási sebessége, annál nagyobb a szögimpulzusa, így annál nehezebb leállítani. Külön figyelmet érdemel, hogy a szögimpulzus azon kevés fizikai mennyiségek egyike, amelyet nem lehet „elpusztítani”: ha valami egyszer forogni kezd, külső beavatkozás híján örökké forgásban marad.
A szögimpulzus nagysága függ a test tömegétől, forgási sebességétől és méretétől. Jégkorcsolyázók gyakran szemléltetik ezt: ha behúzzák a karjukat, sokkal gyorsabban forognak, mert a méret csökkenésével a forgás felgyorsul – így marad meg a szögimpulzus.
Sztárok születése: a fekete lyukak eredete
A csillagok élete egyensúlyban zajlik sugárzásuk és gravitációjuk harca során. Amikor a nagytömegű csillagok kifogynak az üzemanyagból, a gravitáció győz, magjuk összeomlik, és egy szupernóva-robbanásban külső rétegeik kilökődnek. A mag pedig egyetlen, kb. 10 km átmérőjű pontba zuhan össze – ez lesz a fekete lyuk.
A fekete lyuk magja ilyenkor extrém módon felgyorsul: akár több milliószorosára nőhet a forgás a szülőcsillaghoz képest, így egy frissen született fekete lyuk másodpercenként százszor is megfordulhat saját tengelye körül. Mindez a szögimpulzus megmaradásának közvetlen következménye, amely akkor is „tovább él”, ha szinte minden más megsemmisül.
Valójában egy fekete lyukat mindössze három dolog jellemez: a tömege, a perdülete és az elektromos töltése. Az utóbbi a gyakorlatban elhanyagolható, így a lényeg a tömeg és a forgás. Ez alapján arra következtethetünk, hogy a legtöbb fekete lyuk rendkívül gyorsan forog.
Szabályozhatatlan pörgés: a fekete lyukak forgási határa
Furcsa, de ezeknek az objektumoknak nincs is valódi, szilárd felszíne. Mégis, a megmaradó perdület miatt a fekete lyuk „forog”. Ráadásul később, anyagot beszippantva, újabb szögimpulzust is szerezhetnek. Elméletileg létezik egy forgási sebességhatár: amikor a fekete lyuk már a fény sebességével pörög. Bár nehéz megmérni, néha a beáramló anyag sugárzásából lehet következtetni arra, hogy milyen gyorsan forog – például az NGC 1365 galaxis központjában egy hatalmas, gyorsan forgó szupermasszív fekete lyuk található.
Az idő és tér meghajlítása: a keretforgatás rejtélye
A fekete lyukak környezetében a téridő Einstein által leírt formában valósággá válik: olyan, mint egy textil, amit a nagy tömegű objektumok meghajlítanak. Amikor egy fekete lyuk forog, „meghajtja” maga körül a téridőt is – ezt nevezik keretforgatásnak (frame dragging). Ez a hatás a fekete lyuk eseményhorizontjának közelében a legerősebb, ahol minden anyag és sugárzás számára elkerülhetetlen „pont, ahonnan nincs visszaút” (point of no return).
A közelben mozgó anyagot magával sodorja a forgó téridő. Ez olyan erős mágneses mezőt generálhat, hogy a fekete lyuk körül áramló anyagot „sugarakba” (jetekbe) lövi ki, amelyek akár több százezer fényév hosszan is átdöfhetik a galaxist. Külön figyelmet érdemel, hogy ezek az anyagsugarak akár majdnem fénysebességgel is mozoghatnak!
Űrbeli óriások titkai
A szupermasszív fekete lyukak keletkezése ma is vita tárgya. Nem tudni pontosan, hogy lassan, külső anyag befogadásával nőnek hatalmasra, vagy kisebb fekete lyukak sorozatos egyesülésével jönnek létre. A végső pörgési sebesség választ adhat: ha egy irányba áramlik be az anyag, a fekete lyuk közel kerülhet a maximális forgáshoz, ha viszont több, eltérő irányú fekete lyuk egyesül, akkor ezek egymás pörgését „kiolthatják”, és alacsony lesz a végső perdület.
Új műszerekkel – például a James Webb űrtávcsővel (James Webb Space Telescope) – részletesen vizsgálhatjuk majd a legkorábbi szupermasszív fekete lyukakat is, hátha választ találunk keletkezésük titkára. Mindez arra utal, hogy a fekete lyukak pörgése nem pusztán fizikai érdekesség, hanem kulcsszerepük van a galaxisok szerkezetében és fejlődésében: gyorsan forgó fekete lyukak főszerepet játszanak abban, hogy mennyi csillag születhet egy galaxisban.
Visszafordíthatatlan hatásuk a Világegyetemre
A galaxisok középpontjában található szupermasszív fekete lyukak már fiatalon is óriásiak, és hihetetlen tempóban forognak. A részben általuk kibocsátott energia jetjeik formájában szabályozza környezetük csillagkeletkezését. Mindezek ellenére létezésük még ma is zavarba ejtően bizarr – és valószínű, hogy galaxisunk, a Tejútrendszer közepében lévő óriási fekete lyuk nélkül ma teljesen másképp nézne ki az Univerzum – vagy talán mi magunk sem léteznénk.
