Eureka! Forskere fotograferer et svart hull for første gang

Event Horizon Telescope, en planetskala med åtte bakkebaserte radioteleskoper smidd gjennom internasjonalt samarbeid, fanget dette bildet av det supermassive sorte hullet i sentrum av galaksen M87 og dens skygge.

Event Horizon Telescope, en planetskala med åtte bakkebaserte radioteleskoper smidd gjennom internasjonalt samarbeid, fanget dette bildet av det supermassive sorte hullet i sentrum av galaksen M87 og dens skygge. (Bildekreditt: EHT Collaboration)



Svarte hull har endelig blitt dratt ut av skyggene.



For første gang noensinne har menneskeheten fotografert et av disse unnvikende kosmiske dyrene, som skinner lys på et eksotisk rom-tid-rike som lenge hadde vært utenfor vår kjennskap.

'Vi har sett det vi syntes var usynlig,' sa Sheperd Doeleman, fra Harvard University og Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, i dag (10. april) under en pressekonferanse i National Press Club i Washington, DC



I slekt: Hva er en Black Hole Event Horizon (og hva som skjer der)?

Doeleman leder Event Horizon Telescope (EHT) -prosjektet, som fanget de episke bildene. Disse fire bildene, som ble avduket i dag under pressearrangementer rundt om i verden og i en serie publiserte artikler, skisserer konturene til det monsterhullet som lurer i hjertet av den elliptiske galaksen M87.

Bildene er sinnsykt nok i seg selv. Men enda mer signifikant er stien de nye resultatene sannsynligvis vil brenne, sa forskere.



'Det er virkelig et nytt felt å utforske,' sa Peter Galison, professor i fysikk og vitenskapshistorie ved Harvard, i en EHT -tale forrige måned på festivalen South by Southwest (SXSW) i Austin, Texas. 'Og det er til syvende og sist det som er så spennende med dette.'

Galison, som var med på å grunnlegge Harvards tverrfaglige Black Hole Initiative (BHI), sammenlignet bildets potensielle innvirkning på tegningene av den engelske forskeren Robert Hooke på 1600-tallet. Disse illustrasjonene viste mennesker hvordan insekter og planter ser ut gjennom et mikroskop.

'Det åpnet en verden,' sa Galison om Hookes arbeid.

Et teleskop på størrelse med jorden



EHT er et konsortium av mer enn 200 forskere som har vært i arbeid i omtrent to tiår. Det er en virkelig internasjonal innsats; finansiering gjennom årene har kommet fra U.S.National Science Foundation og mange andre organisasjoner i land rundt om i verden.

Prosjektet tar navnet sitt fra et svart hulls berømte point of no return - grensen som ingenting, ikke engang lys, kan unnslippe objektets gravitasjonskloer.

'Hendelseshorisonten er den ultimate fengselsveggen,' sa BHI -grunnlegger Avi Loeb, leder for Harvards astronomiavdeling, til demokratija.eu. (Loeb er ikke en del av EHT -teamet.) 'Når du er inne, kan du aldri komme deg ut.'

Det er derfor umulig å fotografere det indre av et svart hull, med mindre du på en eller annen måte klarer å komme deg dit selv. (Du og bildene dine kunne selvfølgelig ikke komme tilbake til omverdenen.)

Så EHT viser hendelseshorisonten og kartlegger det sorte hullets mørke silhuett. (Disken med hurtig gass som virvler rundt og inn i sorte hull avgir mye stråling, så slike silhuetter skiller seg ut.)

'Vi leter etter tap av fotoner,' sa EHT vitenskapsrådsmedlem Dan Marrone, førsteamanuensis i astronomi ved University of Arizona, til demokratija.eu.

Prosjektet har undersøkt to sorte hull - M87 -behemoten, som har omtrent 6,5 milliarder ganger massen av jordens sol, og vår egen Melkeveis galakses sentrale sorte hull, kjent som Skytten A* . Dette sistnevnte objektet, mens det fremdeles er et supermassivt svart hull, er en runde sammenlignet med M87s dyr, og inneholder bare 4,3 millioner solmasser.

Begge disse objektene er tøffe mål på grunn av deres enorme avstand til jorden. Skytten A* ligger omtrent 26 000 lysår fra oss, og M87s sorte hull er hele 53,5 millioner lysår unna.

Fra vårt perspektiv er Skytten A*s hendelseshorisont så liten at det tilsvarer å se en appelsin på månen eller å kunne lese avisen i Los Angeles mens du sitter i New York City, sa Doeleman under SXSW -arrangementet forrige måned.

Intet enkelt teleskop på jorden kan gjøre den observasjonen, så Doeleman og resten av EHT -teamet måtte bli kreative. Forskerne har koblet sammen radioteleskoper i Arizona, Spania, Mexico, Antarktis og andre steder rundt om i verden og dannet et virtuelt instrument på størrelse med jorden.

I slekt: Bilder: Universets sorte hull

Så mye data

EHT -teamet har brukt dette megaskopet til å studere de to supermassive sorte hullene i to ukelange strekninger til dags dato - en gang i april 2017 og igjen året etter. Det nye bildet kommer fra det første observasjonsløpet.

Det er gode grunner til at det har tatt to år før prosjektets første resultat kom ut. For det første genererte hver kveld med observasjon omtrent 1 petabyte data, noe som resulterte i et slikt trekk at teamet måtte flytte informasjonen fra sted til sted på den gammeldagse måten.

'Det er ingen måte at vi kan overføre disse dataene via internett,' sa EHT -prosjektforsker Dimitrios Psaltis, astronomiprofessor ved University of Arizona, på SXSW -arrangementet. 'Så det vi faktisk gjør er at vi tar harddiskene våre og vi FedEx dem fra sted til sted. Dette er mye raskere enn noen kabel du noen gang kan finne. '

Dette bremser og kompliserer analysen, selvfølgelig. Data fra EHT -omfanget nær Sørpolen, for eksempel, kunne ikke komme ut av Antarktis før i desember 2017, da det var varmt nok til at fly kunne gå inn og ut, sa Marrone.

Å korrigere og kalibrere dataene var også vanskelig, la han til. Og teamet tok stor forsiktighet med dette arbeidet, gitt funnets viktige natur.

'Hvis du kommer med en stor påstand om å avbilde et svart hull, må du ha store bevis, veldig sterke bevis,' sa Doeleman på SXSW -arrangementet (som fungerte som forklarer av EHT -innsatsen, men kunngjorde ikke eventuelle resultater).

'Og på prosjektet vårt tenker vi ofte at folk som [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [og Karl] Schwarzschild liksom ser over skuldrene våre,' la han til og refererte til fysikere som hjalp til med å banebrytende vår forståelse av sorte hull. 'Og når du har lysarmaturer som praktisk talt kontrollerer arbeidet ditt, vil du virkelig få det riktig.'

I slekt: De merkeligste sorte hullene i universet

Et simulert bilde av University of Arizona viser det turbulente plasmaet i det ekstreme miljøet rundt et supermassivt svart hull.

Et simulert bilde av University of Arizona viser det turbulente plasmaet i det ekstreme miljøet rundt et supermassivt svart hull.(Bildekreditt: University of Arizona)

Hva det hele betyr

EHT -prosjektet har to hovedmål, sa Psaltis: å forestille seg en hendelseshorisont for første gang noensinne og for å avgjøre om Einsteins teori om generell relativitet trenger noen revisjoner.

Før Einstein kom, ble tyngdekraften generelt sett på som en mystisk kraft på avstand. Men generell relativitet beskriver det som vridning av romtid: Massive gjenstander som planeter, stjerner og sorte hull skaper en slags henging i romtiden, omtrent som en bowlingball ville gjort hvis den ble plassert på en trampoline. Objekter i nærheten følger denne kurven og blir trukket mot sentralmassen.

Generell relativitet har holdt seg utrolig godt gjennom århundret siden den ble introdusert, og bestått hver test som forskere har kastet på den. Men EHTs observasjoner gir en ny rettssak, i et ekstremt rike der spådommer kanskje ikke stemmer overens med virkeligheten. Det er fordi astronomer kan beregne forventet størrelse og form på en hendelseshorisont ved hjelp av generell relativitet, forklarte Psaltis.

Hvis den observerte silhuetten samsvarer med de teoriinformerte simuleringene, så hadde Einstein 100% rett, sa Psaltis. 'Hvis svaret er nei, må vi justere teorien hans for å få det til å fungere med eksperimenter. Slik går vitenskapen. '

Og vi lærte i dag at det ikke er behov for tweaks, i det minste for øyeblikket: EHTs M87 -observasjoner stemmer overens med generell relativitet, sa teammedlemmer. Hendelseshorisonten er nemlig nesten sirkulær og er den 'riktige' størrelsen for et svart hull med den enorme massen.

'Jeg må innrømme at jeg var litt overrasket over at det passet så tett til spådommene vi hadde gjort,' sa EHT -teammedlem Avery Broderick, ved University of Waterloo og Perimeter Institute for Theoretical Physics i Canada, under dagens pressekonferanse .

Slik bakken er naturligvis avgjørende for den vitenskapelige prosessen. Faktisk vil det å gi bedre informasjon for å mate inn i teorier og simuleringer sannsynligvis være et av EHTs største bidrag, sa Loeb.

'Å gjøre fysikk er en dialog med naturen,' sa han. 'Vi tester ideene våre ved å sammenligne dem med eksperimenter; eksperimentelle data er avgjørende. '

De nye resultatene skal også hjelpe forskere til å få et bedre håndtak på sorte hull, sa han og andre forskere. For eksempel vil EHT -bilder sannsynligvis skinne betydelig lys over hvordan gassen spiraler ned i et svart hull. Denne akkresjonsprosessen, som kan føre til generering av kraftige stråler, er dårlig forstått, sa Loeb.

I tillegg kan formen på en hendelseshorisont avsløre om et svart hull snurrer, sa Fiona Harrison fra California Institute of Technology, hovedforsker for NASAs oppgave med sorte hull som studerer Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR).

'Vi har antatt snurren av sorte hull indirekte,' sa Harrison, som ikke er en del av EHT -teamet, til demokratija.eu. EHT -bilder gir 'en direkte test, som er veldig spennende,' la hun til.

EHTs data avslørte at det sorte hullet M87 snurrer med klokken, sa teammedlemmer i dag.

Prosjektet bør også vise hvordan materie fordeles rundt et svart hull, og EHT -observasjoner kan til slutt lære astronomer mye om hvordan supermassive sorte hull former utviklingen av vertsgalakser over lange tidsskalaer, sa Harrison.

EHTs resultater stemmer også godt overens med resultatene fra Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), som har oppdaget rom-tid-krusninger som genereres av fusjoner som involverer sorte hull bare noen få dusin ganger mer massive enn solen.

'Til tross for at de varierer over en faktor på milliarder i masse, er kjente sorte hull alle i samsvar med en enkelt beskrivelse,' sa Broderick i dag. 'Store og små sorte hull er analoge på viktige måter. Det vi lærer av den ene [typen] gjelder nødvendigvis den andre. '

Og hvis du lurer på Skytten A*: EHT -teamet håper å få bilder av det supermassive sorte hullet snart, sa Doeleman i dag. Forskerne så på M87 først, og det er litt lettere å løse enn Skytten A* fordi den er mindre variabel over korte tidsperioder, forklarte han.

Et nytt perspektiv?

Så er det den bredere appellen til det nylig utgitte bildet - hvordan det snakker til oss som ikke er astrofysikere.

Bidragene på denne arenaen kan være betydelige, sa EHT -teammedlemmer og eksterne forskere. Bilder kan endre måten vi tenker om oss selv og vår plass i universet, bemerket Marrone, og siterte det berømte 'Earthrise' -fotoet tatt av Apollo 8 -astronauten Bill Anders i desember 1968. Dette bildet, som ga massene et glimt av planeten vår som det er virkelig - en ensom utpost for livet i et uendelig hav av mørke - blir bredt kreditert for å ha hjulpet miljøbevegelsen.

Å se et sorte hull i virkeligheten-eller silhuetten i alle fall-er ting i science fiction, sa Harrison. Og vi har bare sett prosjektets første bilder, la hun til: 'De kommer bare til å bli bedre.'

Mike Walls bok om jakten på fremmede liv, ' Der ute '(Grand Central Publishing, 2018; illustrert av Karl Tate ), er ute nå. Følg ham på Twitter @michaeldwall . Følg oss på Twitter @Spacedotcom eller Facebook .