Event Horizon Telescope, et planetskala-array af otte jordbaserede radioteleskoper smedt gennem internationalt samarbejde, fangede dette billede af det supermassive sorte hul i midten af galaksen M87 og dets skygge.
(Billede: © EHT-samarbejde)
Sorte huller er endelig trukket ud af skyggerne.
For første gang nogensinde har menneskeheden fotograferet et af disse undvigende kosmiske dyr, skinnet lys på et eksotisk rum-tids rige, der længe havde været uden for vores ken.
"Vi har set, hvad vi troede var usynligt," sagde Sheperd Doeleman fra Harvard University og Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i dag (10. april) under en pressekonference ved National Press Club i Washington, D.C.
Doeleman leder projektet Event Horizon Telescope (EHT), der fangede det episke billede. Disse fire fotos, der blev afsløret i dag ved pressebegivenheder rundt om i verden og i en serie af offentliggjorte artikler, skitserer konturerne af det monster-sorte hul, der lurer i hjertet af den elliptiske galakse M87.
Billedmaterialet er iøjnefaldende i sig selv. Men endnu mere markant er det spor, de nye resultater sandsynligvis brænder, sagde forskere.
"Der er virkelig et nyt felt at udforske," sagde Peter Galison, professor i fysik og videnskabshistorie ved Harvard, i en EHT-forhandling i sidste måned på festivalen South by Southwest (SXSW) i Austin, Texas. "Og det er i sidste ende det, der er så spændende ved dette."
Galison, som medstiftede Harvards tværfaglige Black Hole Initiative (BHI), sammenlignede billedets potentielle indflydelse med tegningen af den engelske videnskabsmand Robert Hooke i 1600'erne. Disse illustrationer viste folk, hvordan insekter og planter ser ud gennem et mikroskop.
”Det åbnede en verden,” sagde Galison om Hookes arbejde.
Et teleskop på størrelse med Jorden
EHT er et konsortium af mere end 200 videnskabsfolk, der har været i værkerne i cirka to årtier. Det er en virkelig international bestræbelse; finansiering gennem årene er kommet fra U.S. National Science Foundation og mange andre organisationer i lande over hele verden.
Projektet får sit navn fra et sorte huls berømte punkt uden tilbagevenden - grænsen, over hvilken intet, ikke engang lys, kan undslippe objektets tyngdekoblinger.
"Begivenhedshorisonten er den ultimative fængselsmur," fortæller BHI-stiftelsesdirektør Avi Loeb, formand for Harvards astronomiafdeling til Space.com. (Loeb er ikke en del af EHT-holdet.) "Når du først er inde, kan du aldrig komme ud."
Det er derfor umuligt at fotografere det indre af et sort hul, medmindre du på en eller anden måde formår at komme ind der selv. (Du og dine billeder kunne naturligvis ikke komme tilbage til omverdenen.)
Så EHT viser begivenhedshorisonten og kortlægger det sorte huls mørke silhuet. (Disken med hurtig bevægende gas, der hvirvler rundt og ind i sorte huller udsender masser af stråling, så sådanne silhuetter skiller sig ud.)
”Vi leder efter tabet af fotoner,” sagde EHT-forskningsrådets medlem Dan Marrone, lektor i astronomi ved University of Arizona, til Space.com.
Projektet har undersøgt to sorte huller - M87-behemoth, der har omkring 6,5 milliarder gange massen af Jordens sol, og vores egen Mælkevejsgalakse centrale sorte hul, kendt som Skytten A *. Dette sidstnævnte objekt, selvom det stadig er et supermassivt sort hul, er en løbende sammenlignet med M87s udyr, der indeholder kun 4,3 millioner solmasser.
Begge disse objekter er hårde mål på grund af deres enorme afstand fra Jorden. Skytten A * ligger omkring 26.000 lysår fra os, og M87s sorte hul er en kæmpe 53,5 millioner lysår væk.
Fra vores perspektiv er Skytten A * 's begivenhedshorisont "så lille, at det svarer til at se en appelsin på månen eller være i stand til at læse avisen i Los Angeles, mens du sidder i New York City," sagde Doeleman under SXSW-begivenheden sidste måned.
Intet eneste teleskop på Jorden kan foretage denne observation, så Doeleman og resten af EHT-teamet måtte blive kreative. Forskerne har sammenkoblet radioteleskoper i Arizona, Spanien, Mexico, Antarktis og andre steder i verden og danner et virtuelt instrument på størrelse med Jorden.
Så meget data
EHT-teamet har brugt dette megascope til at studere de to supermassive sorte huller i to uges lange strækninger til dato - en gang i april 2017 og igen året efter. Det nye billede kommer fra det første observationsløb.
Der er gode grunde til, at det tager to år, før projektets første resultat kommer ud. For det første genererede hver aften af observationen ca. 1 petabyte data, hvilket resulterede i en sådan træk, at holdet er nødt til at flytte sine oplysninger fra sted til sted på gammeldags måde.
"Der er ingen måde, hvorpå vi kan overføre disse data via internettet," sagde EHT-projektforsker Dimitrios Psaltis, en astronomiprofessor ved University of Arizona, under SXSW-arrangementet. "Hvad vi faktisk gør, er at vi tager vores harddiske og vi FedEx dem fra sted til sted. Dette er meget hurtigere end ethvert kabel, du nogensinde kan finde."
Dette bremser og komplicerer selvfølgelig analysen. Data fra EHT-omfanget nær Sydpolen kunne for eksempel ikke komme ud af Antarktis før december 2017, hvor det var varmt nok for fly at gå ind og ud, sagde Marrone.
Det var også vanskeligt at korrelere og kalibrere dataene, tilføjede han. Og holdet var meget omhyggeligt med dette arbejde i betragtning af fundets betydningsfulde karakter.
"Hvis du kommer med en stor påstand om afbildning af et sort hul, skal du have store beviser, meget stærkt bevis," sagde Doeleman ved SXSW-arrangementet (som fungerede som en forklarende på EHT-indsatsen, men meddelte ikke eventuelle resultater).
"Og på vores projekt tror vi ofte, at folk som [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [og Karl] Schwarzschild ser på slags over vores skuldre," tilføjede han og henviste til fysikere, der hjalp med at banebrydende vores forståelse af sorte huller. "Og når du har armaturer, der praktisk taget tjekker dit arbejde, vil du virkelig have det rigtigt."
Hvad det hele betyder
EHT-projektet har to hovedmål, sagde Psaltis: at afbilde en begivenhedshorisont for første gang nogensinde og at hjælpe med at afgøre, om Einsteins teori om generel relativitet kræver nogen revisioner.
Før Einstein fulgte med, blev tyngdekraften generelt betragtet som en mystisk kraft på afstand. Men den generelle relativitet beskriver det som vridning af rum-tid: Massive genstande som planeter, stjerner og sorte huller skaber en slags sag i rum-tid, meget som en bowlingkugle ville gøre, hvis de placeres på en trampolin. Objekter i nærheden følger denne kurve og får tragt mod den centrale masse.
Den generelle relativitet har holdt utroligt godt op i århundredet siden dens introduktion og bestået hver test, som forskere har kastet på den. Men EHT's observationer giver endnu en prøve, i en ekstrem verden, hvor forudsigelser muligvis ikke matcher virkeligheden. Det skyldes, at astronomer kan beregne den forventede størrelse og form på en begivenhedshorisont ved hjælp af generel relativitet, forklarede Psaltis.
Hvis den observerede silhuet stemmer overens med den teori-informerede simulering, "så var Einstein 100% ret," sagde Psaltis. "Hvis svaret er nej, er vi nødt til at finpusse hans teori for at få den til at arbejde med eksperimenter. Sådan går videnskaben."
Og vi lærte i dag, at ingen justeringer er nødvendige, i det mindste i øjeblikket: EHTs M87-observationer er i overensstemmelse med den generelle relativitet, sagde teammedlemmer. Begivenhedshorisonten er næsten cirkulær og er den "rigtige" størrelse for et sort hul af den enorme masse.
”Jeg må indrømme, jeg var lidt bedøvet over, at det stemte så tæt sammen med de forudsigelser, som vi havde gjort,” sagde EHT-teammedlem Avery Broderick fra University of Waterloo og Perimeter Institute for Theoretical Physics i Canada under dagens nyhedskonference .
Sådan bundtrutning er selvfølgelig afgørende for den videnskabelige proces. Faktisk vil det at give bedre information at fodre med teorier og simuleringer sandsynligvis være et af EHT's største bidrag, sagde Loeb.
”At gøre fysik er en dialog med naturen,” sagde han. "Vi tester vores ideer ved at sammenligne dem med eksperimenter; eksperimentelle data er afgørende."
De nye resultater skulle også hjælpe forskere med at få et bedre greb på sorte huller, sagde han og andre forskere. F.eks. Vil EHT-billeder sandsynligvis skinne betydeligt lys på, hvordan gas spiraler ned i et sort huls maw. Denne akkretionsproces, som kan føre til generering af kraftige strålingstråler, er dårligt forstået, sagde Loeb.
Derudover kan formen på en begivenhedshorisont afsløre, om et sort hul drejer sig, sagde Fiona Harrison fra Californien Institut for Teknologi, den vigtigste efterforsker i NASAs studium med sort hul Kernespektroskopisk teleskoparray (NuSTAR) mission.
"Vi har udledt indirekte drejning af sorte huller," fortalte Harrison, der ikke er en del af EHT-holdet, til Space.com. EHT-billeder giver "en direkte test, hvilket er meget spændende," tilføjede hun.
EHT's data afslørede, at det sorte hul M87 roterer med uret, sagde holdmedlemmer i dag.
Projektet skulle også vise, hvordan materie er fordelt omkring et sort hul, og EHT-observationer kunne til sidst lære astronomer meget om, hvordan supermassive sorte huller forme udviklingen af deres værtsgalakser over lang tid skalaer, sagde Harrison.
EHTs resultater passer også godt sammen med resultaterne fra Laserinterferometer Gravitations-Wave Observatory (LIGO), som har registreret rumtids-krusninger genereret af fusioner, der involverer sorte huller, kun et par dusin gange mere massiv end solen.
"På trods af at der varierer en faktor milliarder i masse, er kendte sorte huller alle i overensstemmelse med en enkelt beskrivelse," sagde Broderick i dag. "Sorte huller store og små er analoge på vigtige måder. Det, vi lærer af den ene [type], gælder nødvendigvis for den anden."
Og i tilfælde af at du undrer dig over Skytten A *: EHT-teamet håber snart at få billeder af det supermassive sorte hul, sagde Doeleman i dag. Forskerne kiggede først på M87, og det er lidt lettere at løse end Skytten A *, fordi det er mindre variabelt over korte tidsskalaer, forklarede han.
Et nyt perspektiv?
Så er der den bredere appel til de nyligt frigivne billeder - hvordan det taler til dem af os, der ikke er astrofysikere.
Bidragene på denne arena kan være betydningsfulde, sagde EHT-teammedlemmer og eksterne forskere. Fotos kan ændre den måde, vi tænker på os selv og vores plads i universet, bemærkede Marrone og citerede det berømte "Earthrise" -foto taget af Apollo 8-astronauten Bill Anders i december 1968. Dette billede, der gav masserne et glimt af vores planet som det er virkelig - en ensom forpost af livet i et uendeligt hav af mørke - er bredt krediteret for at hjælpe med at anspore miljøbevægelsen.
At se et sort liv i det virkelige liv - eller dets silhuet alligevel - "er noget af science fiction," sagde Harrison. Og vi har lige set projektets første par fotos, tilføjede hun: "De bliver kun bedre."
- Astronomer til Peer i et sort hul for første gang med Event Horizon Telescope
- Dette enorme sorte hul roterer med halv lysets hastighed!
- 8 Forbløffende astronomimysterier
Mike Walls bog om søgning efter fremmed liv, "Der ude"(Grand Central Publishing, 2018; illustreret af Karl Tate), er ude nu. Følg ham på Twitter @michaeldwall. Følg os på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.
