I sentrum av en galakse kalt Messier 87, omtrent 55 millioner lysår unna, og som hele galaksens materie går i bane, ligger et monster: et supermassivt svart hull. Med omtrent 6, 5 milliarder ganger solens masse, er det sorte hullet i sentrum av M87 så tett at dens rømningshastighet, eller hastigheten som trengs for å unnslippe gjenstandens tyngdekraft, er mer enn lysets hastighet. Følgelig kan ikke engang lysfotoner slippe ut når de vandrer for nær.
Men ikke la navnet "svart hull" lure deg. "I form av et paradoks av naturen, er sorte hull, som ikke lar lys slippe ut, noen av de lyseste gjenstandene i universet, " sier Shep Doeleman, seniorforsker ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics og direktøren av Event Horizon Telescope (EHT) -prosjektet, en internasjonal innsats for å direkte avbilde et supermassivt svart hull med teleskoper rundt om i verden.
I dag slapp EHT-prosjektet, inkludert åtte observatorier og over 60 vitenskapelige institusjoner over mer enn 20 land, det første bildet av et svart hull. "Dette er første gang jeg har sett dette bildet akkurat nå, " sier France Córdova, direktør for National Science Foundation (NSF), på en pressekonferanse i National Press Club. “Og det fikk tårer i øynene mine. Dette er en veldig stor avtale. ”
Seks vitenskapelige artikler ble også publisert i dag i Astrophysical Journal, der de første direkte observasjonene av et svart hull ble beskrevet.
Selv om lys ikke kan unnslippe et svart hull i seg selv, omgir en slags grense hvert svart hull, kjent som hendelseshorisonten. Enhver sak som vandrer utover begivenhetshorisonten blir fortært av det sorte hullet, men når gasser hoper seg opp rett utenfor hendelseshorisonten, blir de varmet opp til hundrevis av milliarder grader, og gir en enorm mengde stråling over galaksen. Arrangementshorisonten rundt det svarte hullet i M87 er omtrent 1, 5 lysdager over, eller omtrent 40 milliarder kilometer, omtrent samme størrelse som solsystemet vårt.
"Hva man forventer hvis du ser et supermassivt svart hull i sentrum av en galakse, og vi tror at de eksisterer i sentrum for de fleste galakser, er at den intense tyngdekraften trekker gassen i nærheten mot det svarte hullet, og det varmer opp, sier Doeleman. "Du prøver å komprimere mye bensin til det minste volumet du kan forestille deg ... og all den veldig veldig varme gassen avgir [lys]."
Etter mange års planlegging av over 200 internasjonale forskere, er dataene som ble påstått å vise det første bildet av et svart hull noensinne klare. Teamet samles for den store avsløringen - det er et seismisk øyeblikk i astrofysikk.Observasjonene av det sorte hullet i midten av M87 avslører at det roterer med klokken. Nederst i bildet, der lysringen er lysere, beveger rotasjonen av det sorte hullet seg mot oss, mens delen av ringen øverst på bildet beveger seg bort.
Å ta et bilde av den brennende gassen som omgir et sorte hulls hendelseshorisont, som astronomer kaller det sorte hullets "skygge" eller "silhuetten", har ikke vist noen enkel oppgave. Det sorte hullet M87 er i sentrum av galaksen, tilslørt bak lyse stjerner og store skår av gass og støv. For å fange lysfotonene som klarer å unnslippe tyngdekraften i det supermassive sorte hullet, trukket inn mot hendelseshorisonten før de flyr 55 millioner lysår gjennom M87 og over intergalaktisk rom til Jorden, har astronomer koblet noen av de kraftigste radioene teleskoper noensinne er bygget for på en måte å konstruere et teleskop på størrelse med jorden.
"Det er et spesialfelt kalt Very Long Baseline Interferometry, der du binder sammen radiofat rundt om i verden, og du får ekstremt høye forstørrelser, " sier Doeleman. Observasjoner fra radioastronomi, fra Sydpolteleskopet til Grønlands Teleskop, har bidratt eller vil bidra med observasjoner til EHT. "Med VLBI-teknikken, der du gjør hele jorden til et teleskop, må du koble retter på hver side av jorden sammen ved hjelp av et nettverk av atomklokker, og det er det vi gjør."
Event Horizon Telescope samlet inn dataene for det første svart hullbildet i 2017. Ved å bruke atomklokker for å justere observasjonene i tide, og superdatamaskiner for å sammenstille petabytene med data, kan forskere effektivt oppnå oppløsningen av et jordstorent teleskop - men ikke lysinnsamlingsevnen, så teknikken kan bare brukes til å observere veldig lyse gjenstander. VLBI kan bare samle radiobølger på overflatene til oppvasken, som stadig roterer med jorden, og holder øye med sentrum av M87.
Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), som ligger i det nordlige Chile, med Melkeveien synligESO / Y. Beletsky på himmelen. ALMA er det kraftigste radioobservatoriet i Event Horizon Telescope-nettverket. (ESO / Y. Beletsky) "Du kan tenke på disse teleskopene som små sølvbiter på et jordstørrespeil, og når de beveger seg rundt, sporer de ut refleksjonsegenskaper, og slik at du ender opp med å veve sammen, eller snurre, et jordstykke teleskop - nesten bygger et nett slik en edderkopp gjør, sier Doeleman.
Teleskopene samler ekstremt høyfrekvente (EHF) radiobølger, nesten infrarødt lys på det elektromagnetiske spekteret, med en bølgelengde på 1, 3 millimeter. Frekvensen er "bare perfekt" for å gjøre den ekspansive reisen fra kantene av et svart hull til radioskålene våre, sier Doeleman. Observatoriene snur generelt mot M87 om natten, og i løpet av månedene mars og april, når atmosfæriske vanndamp er på sitt laveste nivå.
Event Horizon Telescope har også observert Skytten A *, det supermassive sorte hullet i sentrum av vår egen galakse, Melkeveien. Skytten A * (uttales som "Skytten A-stjerne") er et mye mindre aktivt supermassivt svart hull enn det i sentrum av M87. Skytten A * ligger omtrent 26 000 lysår unna, og er liten nok til at den ser ut omtrent samme størrelse på himmelen som den langt lengre M87.
Mange forskere mener at sorte hull er fornuftige i området teoretisk fysikk, men ikke virkelig kunne eksistere i det virkelige liv. Å ta et bilde av et svart hull ville forandre alt dette.I tillegg til den glødende hendelseshorisonten rundt M87-sorte hullet, skyver objektet stråler av materiale fra polene ut i verdensrommet. "Du får disse strålene med relativistiske partikler, fordi de selvfølgelig er veldig veldig energiske, som kan strømme ut i titusenvis av lysår, " sier Doeleman. "De kan gå hele veien over hele galaksen, og det er den frigjøringen av energi i galaktisk skala som kan endre måten en hel galakse ser ut."
Energien til jetflyene som strømmer fra et supermassivt svart hull, bestemmes av hvor mye materie det sorte hullet bruker, så vel som dets rotasjon, magnetfelt og andre egenskaper. "Jetene har tilsvarende 10 milliarder supernovaer i energi, " sier Sera Markoff, medlem av EHTs vitenskapsråd og professor ved University of Amsterdam, på pressekonferansen. "Disse bizzare synkehullene i stoffet i romtid har mange konsekvenser på egen hånd, " sier Markoff. Når et svart hull spruter ut enorme mengder energi, forhindrer det at gassene rundt hendelseshorisonten danner nye stjerner, og stimulerer veksten av galakser.
I sentrum av et svart hull, i følge Einsteins generelle relativitetsteori, er et punkt på singularitet der alt gjenstandens materie kondenseres til et volum så lite at tettheten i det vesentlige er uendelig. På dette tidspunktet antas de kjente fysikklovene å bryte sammen. Nærmere hendelseshorisonten vil forskere imidlertid undersøke formen på det sorte hullets silhuett for å teste relativitetslover.
"Jeg må innrømme at jeg var litt lamslått over at det stemte så tett med spådommene vi hadde gjort, " sier Avery Broderick, en astrofysiker ved EHT og en førsteamanuensis ved University of Waterloo, på pressekonferansen. "Det er gledelig, men også litt irriterende."
Formen på lyset rundt det sorte hullet, kjent som fotonringen der lys kretser rundt sentrum, tjener som den mest intensive testen av Einsteins tyngdekorater som noensinne er utført.
"En av grunnene til at du ser at ringingen av lys er at det er bane som fotoner er tvunget til å bevege seg i en sirkel rundt det sorte hullet, " sier Doeleman. “Det er virkelig ekstraordinært - du tar et objekt som et foton som reiser så fort som alt kan gå i universet, det raskeste du kan bevege deg, og så skjønner du at det er et objekt som kalles et svart hull som vil få den lysstrålen til å bøye seg inn en komplett sirkel. Og det er egentlig det du ser. ... Og hvis du går gjennom Einsteins ligninger, er det en veldig spesiell bane. ”
Å se ringen rundt et svart hull, og dens skygge silhuett mot kosmos, har bekreftet at den teoretiske fysikken som ble lagt ned for mer enn 100 år siden fremdeles stemmer "i et av de mest ekstreme laboratoriene som universet gir oss."
"Jeg tror det snakker til den menneskelige ånd, ærlig talt, at vi er i stand til å trekke den av, " sier Doeleman.
Black Hole Hunters har premiere fredag 12. april klokka 21 på Smithsonian Channel.
