I april i 2019 skabte historiebilledet Event Horizon Telescope historie, da det frigav det første billede af et sort hul nogensinde taget. Denne præstation var årtier i skabelsen og udløste et internationalt mediecirkus. Billedet var resultatet af en teknik kendt som interferometri, hvor observatorier overalt i verden kombinerede lys fra deres teleskoper for at skabe et sammensat billede.
Dette billede viste, hvad astrofysikere har forudsagt i lang tid, at ekstrem gravitationsbøjning får fotoner til at falde ind omkring begivenhedshorisonten, hvilket bidrager til de lyse ringe, der omgiver dem. Sidste uge, den 18. marts, annoncerede et team af forskere fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) ny forskning, der viser, hvordan billeder i sort hul kunne afsløre en kompliceret understruktur i dem.
Undersøgelsen, der beskriver deres fund, med titlen "Universal interferometriske underskrifter af et sort huls fotonring", dukkede for nylig op i tidsskriftet Videnskabelige fremskridt. Holdet blev ledet af Michael Johnson, en astrofysiker hos CfA, og inducerede medlemmer fra Harvards Black Hole Initiative (BHI), Los Alamos National Laboratory, Princeton Center for Theoretical Science og flere universiteter.
Som Johnson forklarede i en nylig CfA-pressemeddelelse:
”Billedet af et sort hul indeholder faktisk en indlejret række ringe. Hver på hinanden følgende ring har omtrent den samme diameter, men bliver stadig skarpere, fordi dens lys kredsede om det sorte hul flere gange, før den når til observatøren. Med det nuværende EHT-billede har vi fået et glimt af den fulde kompleksitet, der skulle komme frem i billedet af ethvert sort hul. ”
Som loven om generel relativitet fortæller os, ændrer gravitationsfelter rumtids krumning. I tilfælde af et sort hul er effekten ekstrem og får ens lys (fotoner) til at falde rundt omkring dem. Disse fotoner kaster en skygge på den lyse ring af infalling gas og støv, der accelereres til relativistiske hastigheder af det sorte huls tyngdekraft.
Omkring dette skyggefulde område er en "fotonring" produceret af fotoner, der er koncentreret af den stærke tyngdekraft nær det sorte hul. Denne ring kan fortælle astronomer meget om et sort hul, da dets størrelse og form afslører massen og rotationen (alias "spin") af det sorte hul. På grund af EHT-billederne har forskere i sort hul nu et værktøj til at studere sorte huller.
Siden 1950'erne har astronomer lært meget om dem ved at studere den effekt, de har på deres omgivelser. Med andre ord har studiet af sorte huller været indirekte og teoretisk. Men med evnen til at tage billeder af disse himmelobjekter, kan astronomer endelig studere dem direkte og hente reelle data.
George Wong, en fysikstuestudent ved University of Illinois i Urbana-Champaign, var ansvarlig for at udvikle software til at producere simulerede sorte hulbilleder. Denne software gør det muligt for computere, der har den højeste opløsning til dato at blive beregnet, og gjorde det muligt for deres team at nedbryde dem til den forudsagte serie af underbilleder. Som Wong angav:
”At samle eksperter fra forskellige felter gjorde det muligt for os at virkelig forbinde en teoretisk forståelse af fotonringen til hvad der er muligt med observation. Hvad der startede som klassiske blyant-og-papir beregninger fik os til at skubbe vores simuleringer til nye grænser. ”
Det, der imidlertid var specielt overraskende for forskerne, var, hvordan understrukturen afsløret af det sorte hulbillede skaber nye muligheder for forskning. Mens sugningerne, de afslørede, normalt er usynlige for det blotte øje på billeder, producerer de meget klare signaler, når de observeres af matriser af teleskoper ved hjælp af interferometri.
Dette giver astronomer en relativt nem måde at udvide til det arbejde, der udføres af EHT-samarbejdet indtil videre. ”Selvom der normalt kræves mange distribuerede teleskoper, er det nødvendigt at studere kun to teleskoper, der er meget langt fra hinanden,” siger Johnson. ”At tilføje et rumteleskop til EHT ville være nok.”
Områderne astronomi og astrofysik har oplevet flere revolutioner i de senere år. Mellem de førsteobservationer af interstellare genstande, bekræftelsen af tyngdekraftsbølger og de første direkte observationer af et sort hul. Disse første har muliggjort forskning, der lover at låse op for en række varige mysterier om kosmos.
Holdets forskning blev delvist muliggjort ved tilskud udstedt af NASA, National Science Foundation (NSF), Department of Energy (DoE) og flere videnskabelige og forskningsfonde.
