Historisk billede afsløret: Her er det sorte hul i midten af Mælkevejen

»Det er en historisk bedrift, som vil stå mejslet i astronomiens og fysikkens annaler, så lœnge vi mennesker og vores civilisation består.«

Ordene falder fra Thomas Greve som reaktion på det længe ventede forskningsresultat, som netop er blevet præsenteret for verdenspressen:

Det første billede af det supertunge sorte hul i midten af vores egen galakse, Mælkevejen.

For det utrænede øje syner det som en lidt sløret, orange donut.

Og mange vil - med rette - desuden tænke, at Mælkevejens sorte hul, der kaldes Sagittarius A*, blot ligner nabogalaksen M87's sorte hul, som er det første, som astronomer i 2019 formåede at tage et billede af.

Men for Thomas Greve, der er professor i astrofysik på Danmarks Tekniske Universitet, fortæller det nye billede en historie om en astronomisk kraftpræstation og et potentiale for at afsløre nogle af universets største mysterier.

»Min første reaktion er en umiddelbar benovelse og taknemmelighed over, at vi lever i en tid, hvor vi kan gøre sådanne ting som at tage et billede af Mœlkevejens sorte hul. Det ville have været nœrmest utænkeligt for ikke så mange år siden,« siger Thomas Greve, der ikke selv har været med til at tage billedet.

En drilsk donut

Det har til gengæld Roman Gold, der er adjunkt på Syddansk Universitet, hvor han i dag på et pressemøde virker tydeligt lettet over endelig at kunne dele resultatet med omverdenen.

»Jeg har nærmest boet på kontoret det seneste halvandet år,« fortæller han om den langvarige og hemmelighedsfulde proces, det har været at skabe billedet.

Han er en del af samarbejdet Event Horizon Telescope, der omfatter 300 forskere fra hele verden og en række radioteleskoper.

Ved at koble otte radioteleskoper sammen, så de udgør ét virtuelt kæmpeteleskop, er det blevet muligt at nærstudere Sagittarius A*.

Det befinder sig 27.000 lysår fra Jorden, og derfor ser det ud til at fylde lige så meget på himlen, som en donut på Månen ville gøre.

Men det er ikke kun afstanden, der gør Sagittarius A* til en vanskelig model at fotografere. Problemet er snarere, at Sagittarius A* er hele 1.500 gange mindre massiv end sin fætter M87.

Eller som astronomen Sara Issaoun siger på et samtidigt pressemøde i Tyskland: »Hvis Sagittarius A er på størrelse med en donut, så er M87 på størrelse med fodboldstadionet Allianz Arena.«

Og her betyder størrelsen meget. Som alle andre sorte huller er Sagittarius A* totalt sort og dermed ikke til at se. Derfor har astronomerne i stedet målt strålingen fra den omkringliggende gas, som er ved at blive opslugt af det sorte hul.

Den mindre masse gør, at gasserne omkring Sagittarius A* bevæger sig meget hurtigere rundt, og det gør det sværere at observere det sorte hul.

Derfor er det for både Roman Gold og Sara Issaoun overraskende, at billedet af Sagittarius A* ligner M87 så meget.

»Jeg havde forventet, at billedet af Sagittarius A* ville være taget lidt mere fra siden og var mindre præcist. Så jeg er lidt overrasket over, hvor nøjagtigt et billede af det sorte hul, vi har fået,« siger Roman Gold.

»Det afslører et nøgleaspekt ved sorte huller, uanset hvilken masse eller størrelse de har: Når du nærmer dig et sort hul, tager tyngdekraften over,« siger Sara Issaoun.

»En stor præstation«

Roman Gold sammenligner det med at tage et foto af en livlig hundehvalp bag en dugget rude, mens M87 var mere som en stor, stillesidende vovse.

Eller i mere tekniske termer:

»Det en stor præstation, fordi der er så meget gas, som gør det besværligt for dem at få analyseret data, og fordi det påvirker målingerne,« forklarer professor i astrofysik Marianne Vestergaard fra Københavns Universitet.

»Og så er der det med, at det roterer - fordi det er så meget mindre - så gassen når rundt på kun 10 minutter. Når de forsøger at tage billeder af noget, der bevæger sig så hurtigt, skal de være meget mere påpasselige, når de laver deres målinger, så de får de rigtige snapshots,« siger Marianne Vestergaard, som ikke selv har været involveret i projektet.

»Uomtvisteligt bevis«

Udover at gøre det muligt at se det, der hidtil har været usynligt, hvilken betydning har billedet så?

Jo, for det første er det et »uomtvisteligt bevis« på, at det sorte hul er der, forklarer Thomas Greve.

Astronomerne har længe haft en teori om, at der findes et supermassivt sort hul i midten af vores galakse.

Det skyldes, at forskere igennem 30 år har observeret, at adskillige stjerner i Mælkevejens centrum bevæger sig i baner, der tyder på eksistensen af det sorte hul, og den opdagelse udløste Nobelprisen i fysik i 2020.

»Dette fantastiske resultat fra EHT er det mest direkte og stœrkeste bevis for, at dette sorte hul faktisk eksisterer,« siger Thomas Greve begejstret.

Næste skridt bliver film

Marianne Vestergaards reaktion på billedet er mere afmålt.

»Jeg var spændt på at se, hvad de ville vise. De havde gjort et meget stort nummer ud af det, så jeg tænkte, at de ville vise lidt mere end billedet af det sorte hul fra vores galakse, som mange havde en mistanke om, at det drejede sig om.«

Videnskab.dk's rumskribenter Helle og Henrik Stub havde også håbet på, at vi denne gang ville få en film af det sorte hul at se.

Måske det ønske bliver opfyldt ved den næste store afsløring. For nu vil EHT arbejde på at forbedre billedet af Sagittarius A*, fortæller Roman Gold:

»Vi er stadig bundet til Jordens begrænsninger, fordi vi bruger Jorden som et stort teleskop. Så længe vi er det, bliver opløsningen ikke meget bedre. Men vi forsøger hele tiden at skubbe til grænsen. Næste skridt er at få et billede, der bygger på nye observationer, der muliggør op til en 15 procent bedre opløsning«.

»Det ville gøre det muligt at lave film af det sorte hul,« siger Roman Gold.

Kan hjælpe os med at veje sorte huller i fremtiden

Det videre arbejde gør det også sandsynligt, at vi kan lære meget om, hvordan Mælkevejens og andre supermassive sorte huller er dannet, hvilket er et stort mysterium.

»Det skete formentlig tilbage i det meget unge univers for mere end 13 milliarder år siden, men vi ved ikke, hvor ‘kimen' til de sorte huller kom fra. Ej heller har vi en god forståelse af, hvordan de voksede sig store og tunge til supermassive sorte huller, og hvordan de undervejs har påvirket udviklingen af deres vœrtsgalakser. Dermed kan resultatet også have betydning for vores forståelse af, hvordan galakser dannedes og udviklede sig,« vurderer Thomas Greve.

Når man både kan lave målingerne gennem stjernerne, der cirkler om et sort hul, og kan observere det sorte huls begivenhedshorisont direkte, vil man i fremtiden kunne veje sorte hullers masse mere præcist, påpeger Marianne Vestergaard.

I sidste ende kan det hjælpe os med at forstå, hvordan galakser udvikler sig.

Jagter afvigelser fra Einsteins relativitetsteori

På den lange bane kan observationerne af sorte huller fra EHT-arbejdet ende med at udfordre en af de helt grundlæggende fysiske teorier.

»Det helt store perspektiv er, om man på sigt kan se afvigelser fra Einsteins generelle relativitetsteori. Det er et eksplicit mål for EHT-projektet,« forklarer Mads Toudal Frandsen, der er lektor i fysik på Syddansk Universitet og forskningscentret CP3-Origins, hvor der forskes i partikelfysik og kosmologi.

Einsteins generelle relativitetsteori er den bedste beskrivelse af:

1. hvordan rum og tid kan bøjes og strækkes tæt på meget tunge objekter med stor tyngdekraft
2. og hvordan objekter bevœger sig som følge af rumtidens krumning.

»Med EHT’es billede vil det være muligt nøje at studere de fysiske love under de mest ekstreme tyngdefelter,« forklarer Thomas Greve.

Tyngdekraften i et sort hul er nemlig så stærk, at hastigheden, det kræves for at undslippe, overgår lysets hastighed. Så det er ret sandsynligt, at Einsteins generelle relativitetsteori simpelthen ikke kan beskrive, hvad der sker inde i mørket.

Tyngdekraften er den eneste af de fire naturkræfter, der også tæller den svage kernekraft, elektromagnetismen og den stærke kernekraft, som der ikke findes en kvanteteori for.

Hvis man kan observere en afvigelse fra Einsteins teori, vil det åbne for, at man med tiden kan formulere en kvanteteori for tyngdekraften.

»Det er virkeligt et ultimativt mål i fysikken,« siger Mads Toudal Frandsen.

Sammen med billedet udkommer i dag i alt seks forskningsartikler i tidsskriftet The Astrophysical Journal Letters. I videoen herunder kan du se, hvordan det globale samarbejde er foregået.