Der var stor spænding, da det internationale netværk af jordbaserede radioteleskoper, Event Horizon Telescope, tog det første billede nogensinde af et sort huls skygge i april 2019.
Det supermassive sorte hul, der vejer vores sols masse 6,5 millioner gange, befinder sig i galaksen Messier 87 eller M87, cirka 55 millioner lysår væk fra Jorden.
Billedet var det første direkte bevis på eksistensen af sorte huller.
Det leverer også en ekstraordinær test af Einsteins gravitationsteori og dens underliggende forestillinger om rum og tid og udforsker tyngdekraften i sine mest ekstreme grænser. Men vi ved stadig ikke meget om disse monstre.
I dag, næsten to år efter denne historiske præstation, løfter vi sløret for et nyt billede af M87 ved hjælp af en anden teknik.
Vores forskning, der er publiceret i to nye artikler i The Astrophysical Journal Letters, leverer vigtig indsigt i sorte hullers mystiske beskaffenhed.
Vi ser det usynlige
Afstanden fra os betyder, at det er enormt udfordrende at afbilde et sort hul. Det kræver en opløsning, der er skarp nok til at fokusere på en appelsin på Månens overflade, eller som kan se individuelle atomer på en finger.
Teleskopet klarede dette takket være et hidtil uset samarbejde mellem forskere fra hele verden, der forbinder otte jordbaserede radioteleskoper og omdanner Jorden til et kæmpe virtuelt radioteleskop.
Sorte huller er nok naturens mest gådefulde objekter, og de er drivkraften bag nogle af de mest energirige – og ikke-observerbare – fænomener i vores univers.
Som følge af deres begivenhedshorisont, som i astronomien er en betegnelse for randen af et område i rummet, hvorfra intet kan undslippe, ikke engang lys, kan vi ikke se et sort hul direkte.
Men stof, som falder mod et sort hul, trækkes ind af dets enorme tyngdekraft og bliver ekstremt varmt og lysende.
I takt med at det nærmer sig begivenhedshorisonten, bevæger det friktionssuperopvarmede stof sig tæt på lysets hastighed, mens det udsender store mængder stråling.
Det er denne radiobølgestråling – som gassen producerer, få øjeblikke før den krydser begivenhedshorisonten – som teleskopet er designet til at afsløre.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra Lundbeckfonden. Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af Lundbeckfonden. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Et nyt billede
Billedet af M87's sorte hul understøtter i den grad ideen om, at supermassive sorte huller ligger på lur i midten af de fleste (om ikke alle) galakser.
De er den lim, der holder galaksen sammen og styrer dens dynamik og udvikling. Men præcis hvordan de fungerer, står ikke klart.
Vores nye billede bruger polariseret lys – lysbølger, der kun oscillerer (svinger, red.) i én retning – produceret af stof i udkanten af det sorte hul.
Upolariseret lys består af lysbølger, der oscillerer i mange forskellige retninger. Lys kan blive polariseret, hvis det bevæger sig gennem supervarme områder af rummet, der er stærkt magnetiserede.
De stærke magnetfelter, der findes omkring det sorte hul, er sådanne regioner, og ved at studere egenskaberne ved dette polariserede lys kan vi lære meget mere om det stof, der producerede det.
Overbevisende ny evidens
Vores nye polariserede billede leverer overbevisende ny evidens for, hvordan stærke magnetfelter omkring sorte huller kan starte og opretholde koncentrerede stråler af ladet gas på tværs af tusinder af lysår.
Vi tror nu, at disse meget energiske og lyse stråler, der udsender enorme mængder stof i det intergalaktiske medium, er forbundet med sorte huller gennem disse stærke magnetfelter.
Astronomerne har brugt forskellige modeller til at forklare, hvordan materie opfører sig i nærheden af det sorte hul for bedre at forstå denne proces med stråledannelse.
De ved stadig ikke, nøjagtig hvordan stråler, der er større end selve galaksen, kan starte fra dens centrale region, og heller ikke helt præcis hvordan stof falder ind i det sorte hul.
Øger vores forståelse
Vi har fundet, at kun teoretiske modeller med stærkt magnetiseret stof kan forklare, hvad der ses i begivenhedshorisonten.
Vores observationer leverer nye, detaljerede oplysninger om magnetfelternes struktur lige uden for det sorte hul.
Det bringer os dog ikke kun et skridt tættere på at forstå, hvordan de mystiske og kraftfulde jetstrømme bliver produceret, det forklarer også, hvordan ultravarmt stof kan befinde sig uden for et sort hul og modstå dets tyngdekraft.
Vores forskning indikerer, at magnetfelterne er stærke nok til at skubbe den varme gas tilbage og hjælpe den med at modstå tyngdekraftens træk. Kun den gas, der glider gennem feltet, kan strømme indad til begivenhedshorisonten (randen af det område omkring det sorte hul, hvorfra intet kan undslippe, red.).
Endnu større udfordring
Selvom de nye polariserede billeder af M87's sorte hul er vældig spændede, er det stadig kun begyndelsen på Event Horizon Telescope-samarbejdet og videnskaben om afbildningen af sorte huller.
Vi arbejder allerede på, hvordan billedet af det sorte hul, der ligger i midten af vores egen galakse, mon vil se ud, og vi håber på at publicere vores fund senere på året.
Sammenlignet med M87 er dette nye billede en meget større udfordring.
Vi ser på det sorte hul gennem vores slørede, turbulente interstellare medium – der er en stor mængde støv og gas i vejen – hvilket gør det betydelig sværere at tage et klart billede.
Mange overraskelser venter uden tvivl forude
I de kommende år vil nye teleskoper blive tilføjet til Event Horizon Telescope, både på Jorden og i sidste ende også i rummet, hvilket lover stadig skarpere billeder af sorte huller og en langt mere intim forståelse af de gådefulde fænomener.
Mange overraskelser venter uden tvivl forude.
Det er et spændende kapitel i menneskehedens udforskning af stærk tyngdekraft samt beskaffenheden af rum og tid. Og vi har slet ikke set det bedste endnu.
Ziri Younsi modtager støtte fra UKRI/STFC og Leverhulme Trust. Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.
