A legnagyobb dolgok az univerzumban a fekete lyukak.
A csillagokkal és bolygókkal ellentétben a méretüknek nincs fizikai határa,
és szó szerint a végtelenségig növekedhetnek. Valójában van pár esemény, mely szükséges ahhoz,
hogy különféle fekete lyukak születhessenek, az egészen apróktól a világegyetem legnagyobb objektumaiig.
Hogyan nőnek tehát a fekete lyukak, és mekkora a legnagyobb közülük?
Kurzgesagt – Dióhéjban
Ebben a videóban nem lesz szó a fekete lyukak viselkedéséről, vagy keletkezéséről,
hiszen ezekről már részletesen beszéltünk a fekete lyukakról és neutroncsillagokról szóló sorozatunkban,
melyet megtekinthetsz a videó után.
Ezúttal az univerzum legnagyobb objektumát keressük. Kezdjük egészen kicsiben:
Ősi fekete lyukak.
A fekete lyukak legkisebb fajtái nem is biztos, hogy léteznek.
Ha mégis, akkor feltehetően ezek a világegyetem legősibb objektumai, régebbiek az atomoknál.
Közvetlenül a nagy bumm után keletkezhettek, amikor a világegyetem annyira tombolt az energiától,
hogy bármelyik kis zug, ami kicsit is sűrűbb volt a környezeténél, fekete lyukat hozhatott létre.
A legkisebb ősi fekete lyuk, ami még ma is létezhet, nagyjából billió kilogrammos,
ami egy nagy hegy tömegének felel meg. Mégis, a mérete nem lenne nagyobb egy protonnál.
A Földdel egyező tömegű ősi fekete lyuk alig lenne nagyobb, mint egy pénzérme.
Emiatt nagyon nehéz rájuk találni, így nem is figyelhettünk még meg egyet sem.
Ha léteznek, ők lehetnek akár a rejtélyes sötét energia, ami egyben tartja a galaxisokat.
Ugorjuk azokra a fekete lyukakra, melyekről biztosan tudjuk, hogy léteznek:
Sztelláris fekete lyukak.
Egy fekete lyuk létrejöttéhez elég anyagot kell összenyomnunk ahhoz, hogy magába roskadjon.
Ezután minél több tömeget dobunk bele, annál nagyobb lesz.
Ma a világegyetemben csakis a legvadabb kozmikus jelenségek teremthetik meg a feltételeket,
például neutroncsillagok összeolvadása, vagy amikor egy óriási csillag magja összeroskad egy szupernóvában.
Viszonyításhoz a Napunk tömegét fogjuk használni, ami körülbelül 2 kvintillió kilogramm.
A legkisebb ismert fekete lyuk tömege 2,7-szer akkora, mint a Napé,
ami egy kb. 16 kilométer átmérőjű gömböt jelent, amely méretével épp elfedné Párizst.
Egy másik könnyűsúlyú fekete lyuk a V723 Mon vörös óriáscsillag társa.
Ez a csillag 30 millió kilométeres átmérőjével 24-szer akkora, mint a Nap.
Ennek ellenére egy apró, 17,2 km átmérőjű fekete lyuk lóbálja maga körül.
Ez a csillagot kigúnyoló apróság annyival kisebb nála, hogy azt alig tudjuk ábrázolni.
Az egyik legnagyobb ismert sztelláris fekete lyuk az M33 X-7.
Jelenleg egy 70-szeres naptömegű kék óriás lassú dézsmálásával tölti az idejét.
Miközben a temérdek ellopott anyag a fekete lyuk körül kering, mint ahogy a víz örvénylik a lefolyóba,
a súrlódás miatt olyannyira felhevül, hogy 500 000-szer fényesebben ragyog a Napnál.
Az X-7 pedig így is „csak” 15,65 Nap tömegével bír, és 92 km széles,
mely épp akkora, hogy árnyékával eltakarja Korzikát.
Hogy a fekete lyukak ennél jóval nagyobbra nőjenek, rengeteg csillagot kell elnyelniük, vagy ami még jobb, egyesülhetnek egymással.
A műszereink, melyekkel észlelhetjük az ilyen egyesüléseket még igencsak újak,
úgyhogy jelenleg is sok izgalmas, új dolgot fedezünk fel.
Mint például két hatalmas fekete lyukat, melyeket egy 17 milliárd fényévre lévő galaxisban észleltünk.
Ahogy vadul egymás körül pörögve egyesültek, több energiát bocsátottak ki gravitációs hullámok formájában,
mint a Tejútrendszer összes csillaga 4400 év alatt.
A belőlük született fekete lyuk akkora, mint Németország, tömege pedig 142 Napnak felel meg.
Itt egy furcsa szakadékhoz érünk, ami a méretet illeti.
Sok fekete lyuk létezik 150 naptömeg alatt, efelett viszont sokáig nincs semmi.
Amíg egyszer csak el nem érünk azokhoz a fekete lyukakhoz, amelyek milliószor nagyobbak.
Ami meglepő, mert eddig azt feltételeztük, hogy a fekete lyukak folyamatosan nőnek és nőnek.
Ez a folyamat viszont túl lassú ahhoz, hogy a legnagyobb fekete lyukak létezését megmagyarázza.
A világegyetem egyszerűen nem elég öreg ahhoz, hogy ezek a fekete lyukak ekkorára nőhettek volna
pusztán csillagok elnyelésével és egymással való egyesüléssel. Valami másnak is kellett történnie.
Ahhoz, hogy az univerzum legnagyobb fekete lyukainak létezését meg tudjuk magyarázni,
vegyük a valaha létezett legnagyobb csillagokat: a quasi („kvázi”) csillagokat.
Hogy a méretüket érzékeltessük, vessük össze őket a ma létező legnagyobb csillagokkal.
A Nap olyan, akár egy homokszem mellettük.
Nem tudjuk, hogy ezek a csillagok valóban léteztek-e, de érdekes koncepciók a fekete lyukak fejlődésének felturbózásához.
Az elmélet szerint a korai univerzumban az anyag annyira sűrű volt,
hogy a „kvázi” csillagok a Nap tömegének több ezerszeresére duzzadhattak.
A hatalmas súly alatt a magjuk olyannyira összeroppanhatott, hogy fekete lyukak alakultak ki bennük még a csillag születése közben.
Ellentétben a mai csillagokkal, melyek elpusztítanák önmagukat a folyamat közben,
a „kvázi” csillagokban egy pusztító egyensúly alakulhatott ki.
A gravitáció összehúzta a szupermasszív csillagot, ezzel tápláva a fekete lyukat, és olyannyira felhevítve a tömörülő anyagot,
hogy a sugárzási nyomás stabilizálta a csillagot.
Így ezek a gyorsan növő fekete lyukak felemészthették az egész „kvázi” csillagot évmilliók alatt,
és nagyobbra nőhettek bármelyik modern sztelláris fekete lyuknál.
Fekete lyukak, melyek több ezerszer olyan nehezek, mint a Nap, és szélesebbek, mint a Föld.
Ezek a fekete lyukak csírái lehettek a szupermasszív fekete lyukaknak.
Ezzel elértünk a világegyetem királyaihoz, a létező legnagyobb égitestekhez.
A legtöbb galaxis magja tartalmaz egy szupermasszív fekete lyukat, és igazi szörnyetegek.
A Tejútrendszerben található a Sagittarius A*, egy szupermasszív fekete lyuk,
ami a Nap tömegének 4 milliószorosával bír, nyugodt és kiegyensúlyozott, és csak teszi a dolgát.
Tudjuk, hogy ott van, mert látunk jó pár csillagot bolyongani látszólag egy üres tér körül.
És a hihetetlen tömege ellenére a sugara még mindig csak 17-szerese a Napénak.
Kisebb, mint a legtöbb óriáscsillag, de a tömege milliószor nagyobb.
Mivel a szupermasszív fekete lyukak a galaxisok magjában foglalnak helyet,
sokan úgy gondolnak rájuk, mint a Napra a Naprendszerben.
Mint egy horgony, ami egyben tart minden mást, és pályára kényszeríti őket. Ez viszont tévedés.
Míg a Nap a Naprendszer össztömegének 99,86%-át teszi ki,
addig a szupermasszív fekete lyukak általában csak a galaxisuk tömegének 0,001%-ával rendelkeznek.
A sok milliárd csillag a galaxisokban nem kötődik hozzájuk gravitációsan,
inkább a sötét anyag gravitációs hatása tartja össze őket.
Sok szupermasszív fekete lyuk nem békés óriás, főleg amikor a galaxisuk anyagának felhőin lakmároznak.
A BL Lacertae galaxis magjában lévő például annyi anyagot emészt fel,
hogy plazmasugarakat („jet”-eket) hoz létre, melyeket közel fénysebességre gyorsít.
Ha a Föld ekörül a hatalmas test körül keringene, 115-ször nagyobbnak látnánk az égen, mint a Napot,
és ropogósra égnénk másodperceken belül az izzó anyagbefogási korongján.
Ezek a fekete lyukak már annyira óriásiak, hogy a csillagok nevetségesen aprónak tűnnek mellettük.
A Cygnus A galaxis szupermasszív fekete lyuka 2,5 milliárd naptömegű, és 14,7 milliárd kilométer széles,
ami azt jelenti, hogy ha a Nap helyére tennénk, elnyelné az összes bolygót, és a Naprendszer szélességének feléig nyújtózna.
Akkora mennyiségű anyagot nyel el, hogy becsavarja a korongját egyfajta mágneses tölcsér alakba,
gázokat hányva hatalmas rádió nyalábokat formál, melyek a galaxis felett tornyosulnak, félmillió fényév átmérővel.
Ez a Tejútrendszer átmérőjének 2,5-szerese.
Egy másik egészen hatalmas szupermasszív fekete lyuk a Messier 87 galaxis magjában található.
6,5 milliárd naptömegű, és ez volt az első fekete lyuk, melyről fénykép született.
Jobban mondva a körülötte izzó gázról, ami egy fenyegető árnyat övez.
A sötét gömb olyan hatalmas, hogy az egész Naprendszer beleférne.
És mégis, létezik nagyságrend, ami még ezeket a testeket is felülmúlja...
Ultramasszív fekete lyukak
Elértük a legnagyobb fekete lyukakat, talán a legnagyobb testeket, melyek valaha létezni fognak.
Ezek a fekete lyukak annyit zabáltak, hogy több tízmilliárd naptömegűre híztak,
gravitációs vonzásuk kvazárt hajt - egy anyagbefogási korongot, ami csillagokkal teli galaxisok ezreinél is fényesebben ragyog.
Olyan hatalmasak, hogy külön címet érdemelnek: ultramasszív fekete lyukak.
Az OJ 287 galaxis közepén található ultramasszív fekete lyuk 18 milliárd Nap tömegével bír.
Olyan gigantikus, hogy egy, a Sagittarius A*-nál majdnem 40-szer nagyobb szupermasszív fekete lyuk kering körülötte.
Ez a monstrum minden képzeletet felülmúl, nehéz bármihez is hasonlítani.
Kényelmesen beleférne a Naprendszerünk háromszor egymás mellett.
Zárjuk ezt az őrült versenyt a királyok királyával.
TON 618, egy fekete lyuk, mely egész galaxisokkal felérő anyagot pusztít el,
százbillió csillag fényével ragyog, és 18 milliárd fényév távolságból is látszik.
Hihetetlen tömege 66 milliárd Napnak felel meg. Ez a fekete lyuk olyan hatalmas,
hogy a fénynek is egy hétbe telne elérnie a szingularitást, miután átlépte az eseményhorizontot.
Nagyjából 11 Naprendszer férne el benne egymás mellett.
Könnyen lehet, hogy a legnagyobb test az univerzumban. Sőt, valójában talán még nagyobb.
Mivel a TON 618 nagyon messze van, csak azt látjuk, hogy 10 milliárd éve hogy nézett ki.
Akárhogy is, a fekete lyukak rémisztőek, rejtélyesek és gigantikusak.
Akkor is itt lesznek, miután már minden más elpusztult, egyre nagyobbra és nagyobbra növekedve.
Akkor most tegyük meg újra az utat. A legkisebb lehetséges fekete lyuktól
egészen a legnagyobbig.
Ma próbáljunk ki valami újat. Hívjuk úgy, hogy a „hazugságok mögött”.
egy rövid kulisszák mögötti rész az elkerülhetetlen pontatlanságokról a videóban.
Hiszen nem igazán lehet a fekete lyukakat úgy sorrendbe állítani, mint a játékkártyákat.
Hogy miért? Nos, míg csillagok millióit megvizsgáltuk már,
csupán néhány tucat fekete lyukról van elegendő adatunk.
Ennek az oka, hogy a fekete lyuk nézegetés nem volt nagy divat úgy 50 évvel ezelőttig.
Igazából most sem az, mert nem látjuk a fekete lyukakat.
Csak a körülöttük lévő anyagra kifejtett gravitációs hatásuk alapján tudunk következtetni a tulajdonságaikra,
mint a hozzájuk közel keringő csillagok pályáiból.
Ez a hatás a fekete lyuk tömegétől függ, melyet legegyszerűbben Kepler törvényeivel becsülhetünk meg.
Ez viszont sok bizonytalansággal és nagy hibahatárokkal jár.
Ezután a tömegből kell következtetnünk a méretre, ami újabb bizonytalanságokat szül.
A tömeg alapján a sugarat például Schwarzschild képletével számítottuk,
ami az egyszerűség kedvéért feltételezi, hogy a fekete lyuk tökéletes gömb, és nem forog.
Ilyen fekete lyuk pedig nem igazán létezik.
Az a helyzet, hogy a fizika ebben a nagyságrendben egy kissé... kusza.
Némelyik fekete lyuk, amiről beszéltünk, lehet akár sokkal kisebb, de sokkal nagyobb is. Nem tudhatjuk pontosan.
Hogy megkerüljük a problémát, különböző forrásokat vetettünk össze különböző értékekkel,
különböző tömegszámításokat használva, így végül eljutottunk egy egységesített listához,
mely lehetővé tette, hogy olyan pontosak lehessünk, amennyire emberileg lehetséges.
Mindezt megtalálod a forrás doksiban.
A forgatókönyv ezért szakértők könnyeivel íródott, akiket az őrületbe kergettünk a megszállottságunkkal,
hogy a lehető legjobb értékeket kapjuk, melyekkel együtt tudnak élni.
A folyamat során egy csomó minden ki lett vágva, és végül nem került be a videóba.
De szerencsére megtaláltuk a módját, hogy ne vesszen mindez kárba:
Készítettünk sok fekete lyukas ajándéktárgyat, a némileg őrültektől a komolyabbakig.
Ezáltal mi több irányból is felfedezhettük a témát,
Ti pedig élvezhetitek a fekete lyukakat azután is, hogy a videó véget ért.
Fordította: Rozmán Péter