Mit látna egy űrhajós a fekete lyuk belsejében?

A Yahoo amerikai portál érdekes kezdeményezése a Curious Kids, azaz „Kíváncsi gyerekek”. A blogon szakértők válaszolják meg a világ minden részéről érkező kérdéseket, és a 12 éves Pulkeet olyasmit tett fel, ami sokunkat érdekel, de valahogy ritkán találkozunk asztrofizikusokkal, hogy ennek hangot adjunk, és még választ is kapjunk rá. Az indiai gyerek arra volt kíváncsi, hogy 

Kezdjük azzal, hogy mi is az a fekete lyuk? Einstein az általános relativitáselméletében már a felfedezésük előtt megjósolta létezésüket. Eszerint a valóságban (téridőben) lehet(nek) olyan pont(ok), ahol olyan sűrű a tömeg, és ezáltal olyan óriási a gravitáció, hogy semmi, még a fény sem juthat ki onnan. A neutroncsillagok 1967-es felfedezése nyomán indult meg a korábban matematikai úton már bebizonyított jelenség fizikai nyomainak keresése. Hamarosan be is bizonyosodott, hogy többek között galaxisunk, a Tejútrendszer középpontjában is egy fekete lyuk található.

Ezen csillagászati jelenségek legmegdöbbentőbb tulajdonsága, hogy óriási tömegükből származó gravitációs erejük elgörbíti, sőt a közepükben valószínűleg át is szakítja a téridő szövetét (ezt ígéri Pais is téridőfegyverével). Ez az úgynevezett féreglyuk, vagy Einstein–Rosen-híd, ami semmiképpen sem úgy néz ki, mint ahogy a Thor: Ragnarök című filmben egy bolygó felszínén(!) megjelent. Ennél többet azonban nem tudunk róluk, ugyanis az eseményhorizontnak nevezett, gömb alakú felületen belülről sem energia, sem részecske nem juthat ki, kivéve a Hawking-sugárzást (feketelyuk-párolgás). 

De hogy is jön létre egy fekete lyuk? Mostanra már tudjuk, hogy a csillagokra életük végén két út vár. A kisebbek, legfeljebb 8-10 naptömegnyi méretűek esetében, amikor elfogy az „üzemanyag”, vörös óriássá, majd jellemzően csillagköddé, később fehér törpévé válnak. Ez a sors vár a Napunkra is körülbelül néhány milliárd év múlva. A nagyobbak vörös szuperóriássá válnak, majd egy szupernóva-robbanást követően összezuhannak, és neutroncsillaggá vagy fekete lyukká válnak. Persze a fekete lyukaknak is számtalan fajtája van, de minket először a legnagyobbak, a szupermasszív fekete lyukak érdekelnek, ugyanis ott a leglátványosabbak a folyamatok. 

Például a Tejútrendszer középpontjában elhelyezkedő óriási fekete lyuk már sok mindent elnyelt, így tömege körülbelül 4 milliószor nagyobb a Napnál. Eseményhorizontja, azaz a fekete gömb, amely körbeveszi, és amelyet átlépve már nincs visszaút, nagyjából 10 millió kilométer átmérőjű. Bárkinek, aki megpróbálna közelebb kerülni a fekete lyukhoz, először ezen a határon kellene átkelnie. Azonban az óriási vonzás által odahúzott anyag (gázok, csillagpor, de akár bolygók vagy csillagok) a gravitációs kútba zuhanás előtt örvénylik és felforrósodik, így egy úgynevezett akkréciós korong jön létre, ami rendkívül barátságtalan környezet.

Ha az űrhajós túl is élné ezt az utat, átlépve az eseményhorizontot a többi fizikai anyaghoz hasonlóan ő maga sem szabadulhatna ki a fekete lyuk által létrehozott óriási gravitációs mezőből, így hiába tudná belülről megvizsgálni a fekete lyukat, tapasztalatait legfeljebb a féreglyuk másik oldalán lévőknek tudná átadni, feltéve, ha túléli az azon való áthaladást.

Űrhajósunk még rosszabbul járna, ha egy kisebb, normál méretű lyukba kerülne. Itt ugyanis az eseményhorizont csak néhány kilométerre van magától a fekete lyuktól, ezért olyan óriási az eltérő távolságokon ható erők különbsége, hogy ha lábbal előre érkezik, akkor akár 1 billiárdszor nagyobb erő hathat a lábujjaira, mint a fejére. Ennek hatásaként 

és bizonyosan nem élné túl a hivatalosan is spagettifikációnak (spaghettification) nevezett átalakulást egy hosszú és vékony alakzattá. 

Szóval a válasz Pulkeetnak annyi: talán meg lehetne csinálni, de valószínűleg soha többet nem hallanánk a bátor űrhajósról.

Végezetül álljon itt egy rövid történet az egyik legfrissebb, fekete lyukakkal kapcsolatos felfedezésről. Meglepő módon ehhez nem tudósok, hanem Hollywood járult hozzá. Christopher Nolan közismerten alapos rendező, és mivel 2014-es, Csillagok között (Interstellar) című filmjében központi szerepet játszik egy fekete lyuk, felkért egy asztrofizikust szakértőnek. 

Azonban önmagában a fekete lyuk csak egy sötét korong, amely körül furcsán torzul a háttér, és lássuk be, ez nem elég látványos. Ekkor javasolta a szakértő az akkréciós korong megjelenítését, ahogy 

A speciális effektekkel foglalkozó cég az asztrofizikus számításai alapján elhelyezett egy lapos, világító korongot is a fekete lyuk körül, és elindították a számítógépet. 100 óra számítás és 800 terabyte feldolgozása után az eredmény lélegzetelállító lett. A korong fénye két glóriát rajzolt ki a fekete lyuk körül. A grafikai szakemberek először szoftverhibára gyanakodtak, míg a szakértő meg nem látta az eredményt. Az akkréciós korong ténylegesen többszörösen elhajolva látszik a fekete lyuk körüli, eszelősen görbült téridőben.

A fényudvar természetes következménye volt a betáplált matematikai képleteknek, csak épp senki nem ismerte fel ezt a tényt, amíg ténylegesen le nem modellezték. 

Az asztrofizikus is boldog volt, a Wired szerint legalább két tudományos publikációt ki tud hozni a szimuláció eredményeiből.