A fekete lyuk nem szó szerinti lyuk a világűrben, hanem rendkívül kis térfogatba sűrűsödött, hatalmas anyagmennyiség. Gravitációja olyan erősen görbíti a téridőt, hogy egy bizonyos határon belülről még a fény sem tud kijutni.

Ezt egy sportszőnyeggel lehet szemléltetni: a szőnyeg jelképezi a téridőt, a közepére helyezett nehéz labda pedig a fekete lyuk centrumát, a szingularitást. A labda mélyedést hoz létre, és minden közel kerülő tárgy elindul lefelé a lejtőn. A fekete lyuk esetében ez a „tölcsér” annyira mély, hogy még a mellette elhaladó fény is csapdába eshet.

## Hogyan keletkeznek a fekete lyukak?

A legismertebb keletkezési mód a nagy tömegű csillagok halálához kötődik. Amikor a Napnál 10–20-szor nagyobb tömegű csillagok életük végére érnek, szupernóvaként felrobbannak. A robbanás szétszórja a csillag anyagát a világűrben, magját azonban hátrahagyja.

A csillag élete során a magfúzióból származó kifelé ható nyomás ellensúlyozza a saját tömegéből eredő gravitációt. A szupernóva után ez az egyensúly megszűnik, ezért a mag önmagába roskad. Ha végtelenül kicsi ponttá omlik össze, fekete lyuk jön létre. Az így keletkező objektumok tömege többnyire a Nap tömegének öt-tízszerese, de a LIGO olyan fekete lyukakat is észlelt már, amelyek százszor nehezebbek csillagunknál.

Nem minden fekete lyuk tartozik azonban ebbe a csoportba.

A szupernagy tömegű fekete lyukak tömege a Napénak több milliószorosa vagy akár több milliárdszorosa lehet. Feltételezések szerint csaknem minden galaxis középpontjában található egy. A Tejútrendszer centrumában lévő Sagittarius A* például több mint négymillió naptömegű. E kozmikus óriások keletkezése a modern asztrofizika egyik legfontosabb megoldatlan kérdése.

A köztes tömegű fekete lyukak egyelőre csak feltételezett objektumok. Tömegük néhány száz és néhány százezer naptömeg közé eshet. A kutatók több lehetséges jelöltet találtak, létezésüket azonban még nem sikerült véglegesen igazolni.

Az ősi fekete lyukak léte szintén elméleti lehetőség. Ezek nem csillagokból, hanem az ősrobbanás utáni, még formálódó anyag összesűrűsödéséből keletkezhettek. Többségük nagyon kicsi lehetett, így mára el kellett párologniuk, néhány azonban akár napjainkig is fennmaradhatott.

## Az eseményhorizonttól a szingularitásig

A fekete lyukak nem bocsátanak ki fényt, jelenlétük mégis kimutatható a környezetükre gyakorolt hatásuk alapján. A fizikusok több jellegzetes tartományt és képződményt különböztetnek meg körülöttük és bennük.

**Az eseményhorizont** nem szilárd felszín, hanem képzeletbeli határ: a visszatérés lehetetlenné válásának vonala. Ha egy objektum átlépi, a kijutáshoz már a fénysebességnél is gyorsabban kellene mozognia. Mivel ez lehetetlen, semmilyen anyag, sőt maga a fény sem térhet vissza. Az eseményhorizont mérete arányos a fekete lyuk tömegével.

**Az akkréciós korong** a fekete lyuk felismerésének egyik legbiztosabb támpontja. A közeli csillagokból származó gáz és por nem közvetlenül zuhan bele, hanem gyorsan forgó, felforrósodó és fényesen sugárzó korongot alkot körülötte. Az anyag a korong külső részétől fokozatosan befelé áramlik, majd átlépi az eseményhorizontot.

Az Event Horizon Telescope híres fekete lyuk-felvételének közepén látható sötét terület az eseményhorizont árnyéka. Az eseményhorizont elnyeli a rajta áthaladó fényt, miközben a görbült téridő eltéríti a fénysugarakat. A két hatás együtt olyan sötét zónát hoz létre, amely nagyjából kétszer akkora, mint maga a fekete lyuk.

**A fotonszféra** a fekete lyuk árnyékának peremén megjelenő vékony fénygyűrűk tartománya. Ezek lényegében az akkréciós korong többszörösen eltorzult képei, egyfajta vizuális visszhangok. A korongból érkező fény itt többször megkerülheti a fekete lyukat, mielőtt eljutna a megfigyelőhöz.

**A szingularitás** az általános relativitáselmélet szerint a fekete lyuk közepén lévő pont, ahol minden anyag végtelen sűrűségűvé és nulla térfogatúvá sűrűsödik. Ez mindennek a végállomása, ami az eseményhorizont mögé zuhan. A szingularitás előrejelzése ugyanakkor arra is utalhat, hogy az általános relativitáselmélet alkalmazhatóságának van határa. Elképzelhető, hogy a fekete lyuk középpontjának teljes leírásához olyan kvantumhatásokat is figyelembe kell venni, amelyekkel ez az elmélet nem számol.

A fekete lyukak közelében korona is kialakulhat: ez erős mágneses terek által egymilliárd fokra hevített, ritka és turbulens részecskefelhő. Emellett relativisztikus anyagsugarak, úgynevezett jetek is megjelenhetnek. Ezek keskeny részecskenyalábok, amelyek olykor az akkréciós korong belső részéből, egymással ellentétes irányban, a fénysebességhez közeli tempóval lövellnek ki.

## Hogyan vizsgálható valami, ami láthatatlan?

Mivel a fekete lyukak nem verik vissza és nem is sugározzák a fényt, közvetlen megtalálásuk komoly kihívás. A csillagászok ezért közvetett módszereket alkalmaznak.

**A közeli csillagok mozgása:** a fekete lyuk gravitációja módosítja a környezetében keringő csillagok pályáját. A Tejútrendszer központi csillagainak megfigyeléséből a kutatók arra következtettek, hogy azok egy láthatatlan, szupernagy tömegű objektum körül mozognak.

**Az akkréciós korong sugárzása:** a fekete lyuk felé zuhanó anyag felforrósodik, és több hullámhossztartományban, köztük a röntgentartományban is sugárzást bocsát ki. Ezt távcsövekkel lehet érzékelni.

**Gravitációs hullámok:** amikor nagy tömegű objektumok, például fekete lyukak ütköznek és összeolvadnak, fodrozódásokat keltenek a téridő szövetében. Az NSF LIGO obszervatóriuma 2016-ban észlelt először közvetlenül ilyen hullámokat, két fekete lyuk több mint egymilliárd évvel korábbi összeolvadásának nyomát rögzítve.

**Gravitációs lencsézés:** a nagy tömegű objektumok úgy görbítik meg a téridőt, mint egy óriási lencse. A mögöttük lévő, még távolabbi objektumok fényének torzulásából olyan fekete lyukak jelenlétére is lehet következtetni, amelyek máskülönben láthatatlanok maradnának.

## Nem kozmikus porszívók és nem bizonyított átjárók

A fekete lyukak nem szippantanak be automatikusan mindent a környezetükből. Ha a Napot pontosan ugyanakkora tömegű fekete lyukra cserélnénk, a bolygók továbbra is a jelenlegi pályájukon keringenének, mert a gravitáció nem változna meg. Csupán nagyon hideg és sötét lenne.

Arra sincs bizonyíték, hogy a fekete lyukak csillagközi utazást lehetővé tevő átjárók vagy más világegyetemekbe vezető féreglyukak lennének.

## Mi történne, ha valami beleesne?

A fekete lyukhoz közeledve egyre nagyobb különbség alakul ki az objektum különböző részeire ható gravitáció között. Emiatt az hosszában megnyúlna, keresztirányban pedig összenyomódna, míg végül spagettihez válna hasonlóvá. Ezt nevezik spagettifikációnak.

Neil deGrasse Tyson asztrofizikus úgy írta le a folyamatot, hogy a tárgyat egyszerre nyújtják és préselik, mintha fogkrémet nyomnának át a tér szövetén.

A fekete lyukak külső szerkezetéről tehát sokat tudunk, és az árnyékukat is meg tudjuk figyelni. Az azonban továbbra is rejtély, mi történik az eseményhorizonton belül. Ennek megértése a modern fizika egyik legnagyobb kihívása lehet, és akár a világegyetem új, átfogóbb elméletéhez is elvezethet.