Az új fekete lyukfotók segíthetnek megfejteni a gravitáció titkát

Az Event Horizon Telescope (EHT) mindössze néhány éve szállította az első fotókat egy fekete lyuk közvetlen környezetéről, és ezzel egy extrém gravitációs világba engedett bepillantást. De vajon mit kezdünk ezzel az információval? Mindenki ismeri Einstein általános relativitáselméletét, mégis számos alternatíva született mellé, mert az elmélet nem barátkozik meg a kvantummechanikával, ahogyan a sötét anyag magyarázatával sem. Nem elhanyagolható tényező, hogy a fekete lyukak közelében extrém erős gravitációs mezők találhatók – talán éppen itt lehetne tetten érni, hogyan viselkednek az alternatív elméletek.

A gravitáció rejtett árnyalatai

Az új gravitációs elméleteknek rögtön akad egy kellemetlen problémájuk: az általános relativitáselmélet a világegyetem legkülönfélébb szintjein jól teljesít, ezért csak nagyon finom eltérésekben lehet esélyük – ezeket pedig alig tudjuk kimutatni. Jelenleg hiányzik a technológia, amellyel ezeket a parányi különbségeket észrevehetnénk, de ennek ellenére közelebb vagyunk hozzá, mint valaha. Már tervben van a következő generációs Event Horizon Telescope, sőt egy űrbéli távcső is szóba került, amely hasonló elveken működne. Sanghaj és a CERN fizikusaiból álló csapat éppen ezért nekiállt újra lemodellezni, hogy az új műszerek mennyire tudnának rávilágítani a gravitáció különböző elméleteinek jellemzőire fekete lyukak környezetében.

Gravitációs kísérletek a gyakorlatban

A fizikusok nem egy konkrét alternatívát választottak ki a sok közül, hanem egy olyan modellt alkalmaztak, amelyben szabadon lehet állítani néhány alapvető paramétert, ilyen például a Konoplya–Rezzolla–Zhidenko-metrika. A kutatók végül négy variációt vizsgáltak meg, amelyeket aztán összehasonlítottak az általános relativitáselmélet Kerr-metrikájával. A fekete lyuk eseményhorizontjánál zajló háromdimenziós szimulációk során számításba vették a beáramló anyagot, az ezek által létrehozott mágneses teret, illetve azokat a plazmanyalábokat is, amelyek ezekből keletkeznek.

Nehéz felfedezni a különbségeket

A modellek azt mutatták, amit az EHT eddig is láttatott: egy fényes, aszimmetrikus gyűrűt, amelynél az egyik oldal mindig sokkal ragyogóbb a fekete lyuk forgása miatt. Mégis, bár a különbségek szinte jelentéktelenek, léteznek: az egyik szélsőséges változat a legkisebb és legfényesebb gyűrűt eredményezi, míg egy másiknál kisebb lett a gyűrű világos és sötét oldala közötti kontraszt, és az anyagkilövellések is eltérő szélességűek lettek. Ennek ellenére a változatosság csak laboratóriumi körülmények között ilyen feltűnő – az igazi fekete lyukaknál ezek a különbségek annyira aprók, hogy a környezet természetes változásai (például mennyi anyag hullik bele éppen) még ezeket is felülmúlják.

Lépcsőfokok a gravitáció titkaihoz

Ebből adódóan a kutatók szerint jó eséllyel a következő generációs távcsövek képesek lesznek ezeket a különbségeket megragadni, de ehhez nagyon sok évnyi adatgyűjtés és új mérések (például polarizációs és spektrális térképek) szükségesek majd. Egy darabig tehát még nem lesznek a fekete lyukak határvidékei a gravitációs kísérletek laborjai, de összehangolt megfigyelésekkel lépésről lépésre közelebb kerülünk ehhez az álomhoz.

2025, adminboss, arstechnica.com alapján