Sådan kom astronomer på sporet af det skjulte sorte hul i Mælkevejens midte

Der skulle gå tre år, efter vi april 2019 så det første billede af et sort hul i en anden galakse, til at holdet bag Event Horizon Telescope (EHT) var klar med det næste billede – denne gang af det sorte hul i vores egen galakse Mælkevejens centrum.

Men som vi skal se, var der en god grund til, at der skulle gå så lang tid, for i modsætning til det sorte hul i galaksen M87, så er Mælkevejens sorte hul godt skjult for os.

Vi havde fornøjelsen af at være med til afsløringen af billedet. Det skete på Syddansk Universitet i Odense, hvor det var en af forskerne fra EHT-holdet, Roman Gold fra SDU, som præsenterede billedet, der præcis klokken 15.07 blev vist samtidig på en lang række møder over hele verden.

Et par overraskelser

Lige da vi så billedet, var den første tanke, at det da på mange måder ligner det meget større sorte hul i galaksen M87. Det var måske en smule overraskende, ikke så meget på grund af forskellen i hullernes størrelse, men fordi vi ser de to huller på forskellig måde.

I M87 ser vi direkte ned på det sorte hul, mens vi i Mælkevejen nok havde forventet at se hullet lidt mere fra siden. Vi befinder os jo i selve Mælkevejen og havde derfor regnet med at se mere ind mod den gasskive, som omgiver et sort hul, og som vi ville forvente også var i Mælkevejens plan.

En anden overraskelse var, at der ikke var noget tegn på de jetter af gas, som ofte udslynges fra sorte huller, og som kan være meget store. Så ’vores’ sorte hul er i hvert fald for tiden ganske fredeligt, men som vi omtaler i en kommende artikel, har det nok ikke altid været tilfældet.

Men ellers var billedet igen en bekræftelse på Einsteins almene relativitetsteori. Hullet har således lige præcis den størrelse, som var beregnet på forhånd.

Sorte huller er helt beskrevet ved bare to tal, deres masse og spin (rotation), og meget tyder på, at Mælkevejes sorte hul roterer forholdsvis langsomt, og at det kan være med til at forklare de manglende jetter. Der vil dog gå nogle år endnu, før vi har en præcis værdi for rotationen.

Ifølge teorier opstår jetter i hurtigt roterende sorte huller. At vores sorte hul roterer langsomt, kan hænge sammen med, at der i hvert fald for tiden ikke strømmer så meget gas ind mod hullet, for det er nemlig gassen, der kan overføre det, som kaldes impulsmoment til hullet, når gassen falder ned.

I fremtiden får vi film

Vi har i en artikel forudset, at der nok både vil komme film og måske endnu skarpere billeder af Mælkevejens sorte hul, idet man vil supplere med observationer ved kortere bølgelængde.

I dag observeres hullet på 1,3 mm, men der er mulighed for at komme helt ned på 0,87 mm. Roman bekræftede, at begge dele er på ’to do-listen’, så vi kan forvente nogle endnu bedre billeder og film i de kommende år.

Det nærmeste, vi er kommet til film, er nogle simulationer, som blev vist på pressekonferencen, men netop her vil kommende film være en god ide. Du kan se simulationerne herunder.

Desuden ved vi, at der stadig er en liste over galakser, som i den kommende tid skal observeres med EHT, og hvor der skulle være mulighed for at få billeder af deres centrale sorte huller.

Den vanskelige vej til Mælkevejens sorte hul

Det har ikke været helt let for EHT astronomerne at vise os billedet af det sorte hul i vores egen Mælkevej.

Det ligger ellers kun omkring 27.000 lysår fra os, mens galaksen M87, hvorfra vi fik det første billede af et sort hul, er omkring 55 millioner lysår borte.

Det er nu ikke altid, at afstand spiller den vigtigste rolle. Vi har nemlig en førsteklasses udsigt til M87, idet vi ser kæmpegalaksen lige fra oven, og på den måde har vi direkte udsigt til dens sorte hul.

Samtidig er dette sorte hul, med en masse på omkring 6,5 milliarder solmasser og en udstrækning på godt 40 milliarder kilometer, et virkelig stort sort hul.

Til sammenligning har vores lokale sorte hul en masse på omkring 4 millioner solmasser og en udstrækning på 12 millioner kilometer, hvilket svarer til 7 gange Solens diameter.

Astronomer troede, Jorden var i midten

Det er ikke så længe siden, at astronomerne mente, at vi befandt os i Mælkevejens centrum.

Helt tilbage i 1785 sad astronomen William Herschel omhyggeligt og talte himlens stjerner i alle retninger. Da han fandt stort set det samme tal uanset retningen, sluttede han, at vi måtte befinde os i midten af Mælkevejen.

Disse stjernetællinger blev gentaget, og helt op til omkring 1920 var opfattelsen af Mælkevejen, at den stort set er en flad skive, hvor vi selv boede nær midten. Dengang viste man heller ikke, at der fandtes andre Mælkeveje eller galakser, som de nu kaldes.

Men i tiåret 1920-1930, altså for kun 100 år siden, blev vores verdensbillede helt ændret takket være nye og større teleskoper. Man opdagede, at vores Mælkevej kun var en blandt millioner af andre galakser – og også at vi slet ikke havde en privilegeret plads i centret, men at vi var nærmere udkanten.

Mystisk radiostråling

Den fejl, astronomerne havde gjort ved deres årelange og meget omhyggelige stjernetællinger var, at de anså det tomme rum for absolut tomt og dermed helt gennemsigtigt. I virkeligheden er der både støv og gas i rummet mellem stjernerne, og det betyder, at lys bliver absorberet.

Det er i virkeligheden lidt som at observere i tåge, hvor man kun kan se de nærmeste omgivelser. Tællingerne var skam gode nok, men de dækkede kun en meget lille del af Mælkevejen.

Det store gennembrud leverede astronomen Harlow Shapley. Han viste, at Mælkevejen var omgivet at en hel ’sky’ af såkaldte kugleformede stjernehobe.

Ifølge hans målinger er denne sky symmetrisk om et område tusinder af lysår borte i stjernebilledet Skytten (Sagittarius). Han konkluderede, at det var her, man skulle søge Mælkevejens centrum – han havde dog ingen idé om, hvad der gemte sig her.

Men allerede i 1933 fik man den første antydning af, at centret ikke bare består af støv og stjerner.

Radioastronomiens grundlægger Karl Jansky opdagede nemlig, at der kom en stærk radiostråling netop fra Sagittarius, som ikke umiddelbart kunne forklares.

De næste skridt blev taget af rumteleskoper, der kunne observere uden for det synlige område.

Godt skjult af stjerner og støvskyer

Nu bor vi selv et godt stykke inde i Mælkevejen og har derfor ikke de samme gode betingelser som ved udsigten til M87.

Udsigten til Mælkevejens centrum, der befinder sig i retning af stjernebilledet Sagittarius, er i høj grad forstyrret af enorme skyer af gas og støv samt en mængde store og især små stjerner, der kommer i vejen for udsigten.

Hvis man blot tager et billede i almindeligt synligt lys af området omkring Mælkevejens centrum, så er der intet, der tyder på, at der skulle befinde sig noget interessant her. Man ser blot et mørkt område, der skjuler, hvad der måtte befinde sig bagved.

Man kan dog komme lidt videre takket være de efterhånden mange astronomiske satellitter, der observerer uden for Jordens atmosfære.

Således viser NASA’s infrarøde teleskop Spitzer pludselig mange flere detaljer. Der er hundrede tusinder af stjerner i bevægelse om det centrale område af Mælkevejen. Og selve centret Saggitarius A* ses nu som et lysende område.

Endnu bedre bliver det, hvis vi lader flere rumteleskoper samarbejde.

De tre rumteleskoper Spitzer, Hubble og Chandra, der observerer i henholdsvis infrarødt, nærinfrarødt og røntgen har tilsammen leveret et meget detaljeret overblik over centralområdet, der netop antyder, hvor det nu kendte centrale hul befinder sig.

Det var det bedste, vi kunne præstere, inden EHT kom på banen.

Stjerner afslørede det sorte hul

Tætheden af stjerner nær Mælkevejens centrum er ufattelig stor, mere end 1.000 stjerner per kubiklysår.

Det er en stjernetæthed, der er en million gange større end i Solens omegn. Det er nu ved stor dygtighed lykkedes for astronomerne at følge en række stjerner gennem flere år i en stjernegruppe ved navn S0.

»Ved at observere bevægelserne af 28 stjerner, der kredser omkring Mælkevejens centrum, med beundringsværdig tålmodighed og utrolig præcision«, som det blev nævnt i præsentationen af deres arbejde, har disse astronomer været i stand til at vise, at S0-gruppens stjerner må kredse omkring et så massivt legeme, at der må være tale om sort hul.

Stjernerne bevæger sig med stor hastighed, typisk mere end 1.500 km/s. Hastighederne viser, at stjernernes baner er styret af et centralt legeme med en meget stor masse. Og det kom til at styrke formodningen om et sort hul i Mælkevejens centrum.

Den mest ekstreme værdi er målt for stjernen S0-16, der passerede centrallegemet i en afstand af bare 45 AE, hvor 1 AE er Jordens afstand til Solen. Her blev hastigheden bestemt til 12.000 km/s, hvilket er 4 procent af lysets hastighed.

Stjernen med betegnelsen S0-2, der har en omløbstid på bare 16 år, har været med til at give et bud på massen af det centrale sorte hul. I 2018 passerede S0-2 det nærmeste punkt til det sorte hul kaldet periapsis, i en afstand på bare 120 AE og med en hastighed på 7.650 km/s eller 2,6 procent af lysets hastighed.

Ud fra banedata for S0-2 og mange andre S0-stjerner har man på forhånd vurderet massen af vores lokale sorte hul til omkring 4 millioner solmasser.

Netop størrelsen på sorte huller bliver emnet for Helle og Henrik Stubs næste artikel, der udkommer om få dage. Du kan tilmelde dig Videnskab.dk's nyhedsbrev om rummet her.