Új Szó, 2019. január (72. évfolyam, 1-26. szám)
2019-01-11 / 9. szám
101 TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA 2019. január 11. | www.ujszo.com A fekete lyukak és az idő De hogyan vehetjük észre a fekete lyukakat, ha minden információt magukba nyelnek? Afekete lyuk határa felé, az úgynevezett eseményhorizonthoz közeledve időnk lelassul a tőlünk távolabb tartózkodókhoz képest (Fotó Shuttersock) HORÁNYI GÁBOR A fekete lyuk a tér olyan tartománya, amelyet semmilyen információ nem hagyhat el, ebben az értelemben tehát a rabul ejtett tér. Csakhogy ez a kép pontosítható. Téridőben élünk, a fekete lyuk nagy tömege nemcsak a teret „fordítja önmagába", hanem az időt is. Nincs értelme a fekete lyukon belül a hagyományos értelemben vett térről és időről beszélni. A fekete lyuk határa felé, az úgynevezett eseményhorizonthoz közeledve időnk lelassul a tőlünk távolabb tartózkodókhoz képest. így amikor a fekete lyuk közelségéből visszatérünk a fekete lyuktól távoli barátainkhoz, magunk is megtapasztalhatjuk a gravitáció (vagy ha úgy tetszik téridőgörbület) hatását az időre, hiszen ők többet öregednek távollétünk alatt, mint mi. A londoni Big Ben tornyának aljába és tetejébe helyezett órák járásának kicsi eltérését kimérték. A lassabb járású óra a torony aljában, s Földhöz közelebb helyezkedett el, a gyorsabb a torony tetején. S mikor az órákat ismét szinkronizálták, majd helyzetüket felcserélték, megint a torony aljában lévő óra járt lassabban, ezzel igazolva, hogy az eltérés oka nem az órák szerkezetében keresendő. A gravitáció és idő kapcsolatát a fantasztikus irodalom feldolgozta már. Tulajdonképpen lassan megszokjuk ezt a tényt annak ellenére, hogy mindennapi életünkre nem gyakorol közvetlen hatást. Az absztrakt fogalmakkal leírt valóságot legtöbbször azért tartjuk logikusnak, mert hozzászokunk. Miért esnek le a tárgyak? Mert hat a gravitáció! Mi a gravitáció? Az, hogy a Föld vonzza a dolgokat! Mi a vonzás? Hogy leesnek a tárgyak! Mi az oka? Van, tapasztaljuk, megszoktuk! Az erősebb gravitációs térben lassabban telik ez idő. Einstein elmélete magát a gravitáció jelenségét és a gravitáció és idő kapcsolatát a téridő szerkezetével magyarázza. Életünk nem más, mint utazás a téridőben, azaz például az „itt és most”, valamit az „ott és majd akkor” között. Ha fel sem kelünk a karosszékünkből, akkor is mozgunk az időben, s mozgunk a térben, a Föld hátán, melyen karosszékünk nyugszik. Az „itt és most”, valamint az „ott és majd akkor” a téridő két eseménye. Közöttük számos „létvonal” bejárható. Találkozunk itt és most, majd megint összefutunk ott és majd akkor. Ezen két esemény között mindnyájan eltérő távolságokat teszünk meg a téridőben. Különböző időbeli és térbeli távolságokat. S ebben nincs semmi meglepő. Képzeljünk el egy bonyolult térbeli alakzatot szabálytalan, girbegurba felülettel. Ha kijelölünk két pontot ezen a felületen, azokat számos különböző hosszúságú vonallal köthetjük össze, s a vonal hosszát nagymértékben befolyásolhatja, hogy mennyire görbült részein haladunk át a felületnek. A görbületek növelik az út hosszát két pont között. A téridő görbületeit a tömegek hozzák létre. Ha utunk a téridőben nagy görbületű részeken vezet keresztül, azaz nagy tömegek közelében haladunk el, óráink kevesebb idő elteltét mutatják, mint egy olyan út esetében, mely elkerüli a téridő nagy görbületű tartományait. Ezért ha találkozunk valakivel, aki a kisebb görbületű utat futotta be az „itt és most” valamint az „ott és akkor majd” között, megállapíthatjuk, hogy többet öregedett, mint mi. Összegezve elmondhatjuk, hogy a folyamatosan és mindenki számára azonos módon telő abszolút idő képzete annak a ténynek félreértéséből fakad, hogy a természetben egyirányúság van, hogy a rendezetlenség, vagy ahogy tudományos szakkifejezéssel leírjuk, az entrópia növekszik az univerzumunkban. A szétesést, az entrópia növekedését, akár saját öregedő testünkön is megfigyelhetjük. Ugyanakkor ennek a változásnak nem oka az idő, hanem minden történés időben, egész pontosan téridőben zajlik, ez a közege. Azt feltételezni, hogy az időtől öregszünk, éppen annyira furcsa lenne, mintha azt mondanánk, hogy a tér öregbít minket. A téridő szerkezete, a pozíció ahol éppen tartózkodunk a téridőben, befolyásolja az időnk múlását, ahogy befolyásolja minden pillanatban zajló téridőbeli mozgásunk is. Minden létezőnek saját ideje van, hiszen saját életutat fiit be a téridőben. Csak a változások iránya, „az idő nyila” azonos mindnyájunk számára. Az elmúlt évtizedekben egyre több bizonyíték gyűlt össze amellett, hogy a fekete lyukak meglehetősen közönséges és gyakori objektumai a téridőnek. De hogyan vehetjük észre a fekete lyukakat, ha minden információt magukba nyelnek? Ha túl közel kerülünk egy fekete lyukhoz, akkor onnan valóban nincs visszaút. De ez nem jelenti azt, hogy a fekete lyukak gravitációs hatása nem nyúlik túl a fekete lyukakon. Hogyan is lehetne másképpen? Hiszen a fekete lyuk nem más, mint a téridő extrém görbülete, s a határa azt a felületet jelöli ki, melyen belülről nem vezethet már a léttel bíró dolgok téridőbeli útjának vonala a tér tetszés szerint tartományaiba. A kozmosz csillagjainak jelentős része kettős csillag, azaz egymás közelében elhelyezkedő két csillagból álló rendszer. Ezen kettősök gravitációs tere kölcsönösen hatást gyakorol mozgásukra. A két csillag egymás körül kering, így kerülve el azt, hogy egymásba zuhanjanak a köztük fellépő „vonzás” hatására. Ha a két csillag tömege azonos, akkor a kettőjüket összekötő szakasz felezőpontja körül keringenek. Ha az egyik csillag nagyobb tömegű, mint a másik, a keringés középpontja a nagyobb tömeghez közelebb lesz a tömegek arányának megfelelően. Mindkét csillag keringési ideje azonos, de mivel pályájuk kerülete különböző, eltérő sebességgel mozognak. Ezt a speciális mozgást a csillagok fényének megfigyelésével és elemzésével a csillagászok azonosítani tudják. De mi van akkor, ha a kettős csillag egyike egy fekete lyuk? Ilyenkor a fekete lyuk csillagpárja látszólag a semmi körül kering, hiszen a fekete lyukat nem hagyja el a fény. Ugyanakkor az efféle csillagkettősök között más jellegű kölcsönhatás is van, ami a fekete lyuk közelségéről árulkodik. A fekete lyuk ugyanis folyamatosan anyagot szív le látszó párjáról. A fekete lyuk felé gyorsuló anyag a belső súrlódás miatt felizzik, és sugároz. Míg a sugárzás forrását jelentő anyag belehull a fekete lyukba, addig a fekete lyuk felé zuhanó anyag által kibocsájtott sugárzás még el tudja hagyni annak környezetét, hírt adva a fekete lyuk létéről. A gravitációs tér minden változása megrázza egy kicsit a téridőt, s Einstein jóslatának megfelelően gravitációs hullámokat indít el. De csak nagyon nagy léptékű tömegmozgások keltenek olyan erős gravitációs hullámot, hogy ezt a Földről is észlelni tudjuk. Két fekete lyuk összeütközése, egyetlen gigászi tömeggé való összeolvadása során keletkező gravitációs hullámok már mérhető módon rezgetik meg a téridőt. A gravitációs hullámok megfigyeléséhez észlelő rendszereinket ilyen események felé kell fordítani. De milyenek ezek az észlelő rendszerek? Hogyan valósul meg az észlelés? Ezekkel a kérdésekkel legközelebb foglalkozunk. Összeütközhet a Tejútrendszer a Nagy Magellán-felhővel MTI-HÍR Katasztrofális galaktikus ütközés lódíthatja mag a Naprendszert: kétmilliárd év múlva összeütközhet a Tejútrendszer és a Nagy Magellán-felhő. A Durhami Egyetem asztrofizikusai számítógépes szimulációjának eredményét a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című tudományos lapban mutatták be pénteken. Az ütközés felébresztheti galaxisunk szunnyadó fekete lyukát, amely ekkor elkezdené elnyelni a környező gázokat és akár tízszeresére is növekedhet - írja a PhysOrg tudományos-ismeretterjesztő hírportál. Miközben a fekete lyuk fal, nagy energiájú sugárzást bocsát ki, és bár ez a kozmikus tűzijáték valószínűleg nincs hatással a földi életre, a tudósok szerint megvan az esélye annak, hogy a kezdeti ütközés meglódíthatja a Naprendszerfa világűrbe. A galaxisok, mint a Tejútrendszer is, egy csoportnyi kisebb galaxissal vannak körülvéve, amelyek körülötte keringenek, mint a méhek a kaptár körül. Jellemző módon ezek a keringő galaxisok „csendes életet élnek” és több milliárd éven át keringenek az anyagalaxis körül. Ugyanakkor időről időre lesüllyednek a középpontba, összeütköznek és elnyelődnek az anyagalaxis által. A Nagy Magellán-felhő a Tejútrendszer legfényesebb kísérőgalaxisa, csak mintegy 1,5 milliárd éve került a közeibe: mintegy 163 ezer fényévre található a Tejútrendszertől. Korábban a tudósok úgy vélték, hogy vagy a Tejútrendszer körül fog keringeni évmilliárdokig, vagy mivel olyan gyorsan mozog, kimenekül a galaxis gravitációs erejéből. A legutóbbi mérések szerint azonban a Nagy Magellán-felhő csaknem kétszer annyi sötét anyaggal rendelkezik, mint korábban gondolták. A tudósok szerint mivel nagyobb tömege van az eddig véltnél, a Nagy Magellán-felhő gyorsan veszít energiájából, és arra ítéltetett, hogy összeütközzön galaxisunkkal. A Durhami Egyetem és a Helsinki Egyetem tudósai által vezetett kutatócsoport az EAGLE szuperszámítógép szimulációját használta az összeütközés megjósolására. „Bár kétmilliárd év szélsőségesen hosszú idő az emberi élethez képest, a kozmikus időskálán ez nagyon rövid idő” - mondta Marius Cautun durhami kutató. A legutóbbi mérések szerint a Nagy Magellán-felhő csaknem kétszer annyi sötét anyaggal rendelkezik, mint korábban gondolták (Fotó: Shutterstock)
