Den største genstand i vores nattehimmel - langtfra! - er usynlig for os. Objektet er det supermassive sorte hul (SMBH) i midten af vores Melkevejs galakse, kaldet Skytten A. Men snart har vi muligvis et billede af Skytten A's begivenhedshorisont. Og det billede kan udgøre en udfordring for Einsteins teori om generel relativitet.
Ingen har nogensinde set et sort huls begivenhedshorisont. Den intense tyngdekrafttrækning forhindrer, at noget, selv lys, slipper ud. Begivenhedshorisonten er punktet uden tilbagevenden. Ligegyldigt, intet lys og ingen information kan undslippe. Men vi er måske tæt på at få et billede af Skytten A's begivenhedshorisont takket være Event Horizon Telescope (EHT).
EHT er et internationalt samarbejde designet til at undersøge de umiddelbare omgivelser i et sort hul. Det er ikke et teleskop, men snarere et sammenkoblet radioteleskop over hele kloden, der alle arbejder sammen ved hjælp af interferometri. Ved at måle den elektromagnetiske energi fra området omkring det sorte hul med flere radioskåle flere steder, kan nogle af kildens egenskaber udledes.
Forskere med EHT håber, at deres observationer i sidste ende vil give billeder af de intense gravitationseffekter, som vi forventer at se nær det sorte hul. De håber også at opdage nogle af dynamikken på arbejdet nær hullet, da kredsende stof på akkretionsdisken når relativistisk hastighed.
EHT-projektet indsamlede data om Skytten A og et andet sort hul kaldet M87 i midten af Jomfru A-galaksen over en fireårsperiode. Det fire år sluttede i april 2017, men teamet med 200 forskere og ingeniører analyserer stadig dataene. I mellemtiden har holdet frigivet computermodelbilleder af, hvad de håber at se.
Billedet ser måske ikke meget ud, men det er markant. Det svarer til at læse en avisoverskrift på månen, mens du står på Jorden. Billedet kan hjælpe os med at besvare nogle forvirrende spørgsmål vedrørende sorte huller:
- Hvilken rolle spillede sorte huller i dannelsen af galakser?
- Hvordan ser lys og stof ud, når de falder mod et sort hul?
- Hvad er strømmen af energi, der skyder ud af sorte huller lavet af?
Der er også en chance for, at det billede, EHT fremstiller af Skytten A, betyder, at Einsteins teori om generel relativitet skal opdateres. (Selvom det normalt er en dårlig ide at satse mod Einstein.)
Sorte huller og begivenhedshorisonten
Sorte huller er dybest set en stjernekroppe. Når en meget massiv stjerne brænder gennem alt dets brændstof, kollapser den til et ekstremt tæt punkt eller enestående. Det sorte hul har utroligt kraftigt tyngdekrafttræk, der trækker gas og støv mod det. En gang hvert 10.000 år eller derover bruger Skytten A endda en stjerne.
Begivenhedshorisonten er som en skal omkring det sorte hul. Når en sag - eller endda lys - når begivenhedshorisonten, er det spillet forbi. Det sorte hul vokser i størrelse, når det spiser stof, og begivenhedshorisonten udvides også.
Skytten A, vores helt egen Super-Massive Black Hole (SMBH), er massiv. Det har en masse 4 millioner gange større end Solen. Men alligevel er det ikke så stort sammenlignet med andre SMBH'er. Den anden SMBH i EHT-projektet er langt større med en masse på 7 milliarder gange solens.
EHT fremstiller et billede af begivenhedshorisonten ved at studere området omkring det sorte hul. Der sker noget med materialet, når det falder ned i det sorte hul. Det danner en akkretionsskive af hvirvlende gas og støv, der dybest set er i et holdemønster, indtil det suges ind i hullet. Dette materiale hastigheder op til relativistiske hastigheder, hvilket betyder tæt på lysets hastighed. Når det sker, overvarmes materialet, og det udsender energi.
Men det sorte hul er så kraftigt tyngdepunkt, at det bøjer lyset i et fænomen kaldet gravitationslinsering. Denne linse skaber et mørkt område, der kaldes det sorte huls skygge. Ifølge teorien skal begivenhedshorisonten være omkring 2,5 gange større end skyggen. Så når forskere først har fået et billede af skyggen, ved de størrelsen på begivenhedshorisonten. Størrelsen på begivenhedshorisonten er proportional med det sorte huls masse. Så for Skytten A, skulle det være ca. 24 millioner km (15 millioner miles) i diameter.
Så der vil ikke være nogen billeder af selve det sorte hul, men der vil være billeder af skyggen, som det sorte hul kaster. Videnskabeligt er det et stort spring i vores forståelse af sorte huller. Og i tilfælde af, at der er nogen tvivl om eksistensen af sorte huller, vil billedet af skyggen give et solidt bevis på, at sorte huller faktisk er derude.
EHT og jetflyet
På trods af Skytten A's enorme størrelse er den lille på himlen. Det er alt for lille til, at et enkelt teleskop kan se. Derfor blev EHT implementeret. Det kombinerer 7 separate radioteleskoper rundt om i verden i et stort virtuelt teleskop ved hjælp af en teknik kaldet Very Long Baseline Interferometry (VLBI), noget astronomi-buffere er bekendt med. Det virtuelle teleskop har meget større opløsningsevne end et enkelt omfang og gjorde det muligt for astronomer at studere området nær Sgr. EN.
I løbet af en periode på en uge i april 2017 pegede EHT-teamet alle syv af sine 'scopes på Sgr A, og syv atomur registrerede tidspunktet for ankomsten af signaler ved hvert teleskop. Ved at studere og kombinere signalerne kan forskere skabe et billede af Sgr A. Dette er en tidskrævende proces, der pågår.
De energiske jetfly, der strømmer ud af et sorte huls nærhed, er af særlig interesse for forskere. Sagen, der hvirvler rundt i et sorte huls tiltrædelsesdisk, bliver op til milliarder af grader. Noget af det kommer ind i det sorte hul, men ikke det hele.
De energiske jetfly er den del, der slipper for akkrediteringsdisken. De rejser tæt på lysets hastighed i titusinder af lysår. Forskere vil vide mere om dem.
Når det kommer til Sgr. A, vi ved ikke, om der er jetfly. Det har ikke været meget aktivt i de sidste par årtier, så der er muligvis ingen jetfly. Men hvis de er der, vil EHT hente radiosignaler der. Så får vi muligvis svar på nogle grundlæggende spørgsmål om jetflyene:
- Hvordan begynder de?
- Hvordan accelererer de til relativistiske hastigheder?
- Hvordan forbliver de tæt fokuserede?
- Hvad er de nøjagtigt lavet af?
Er Einsteins teori om generel relativitet i problemer?
Sikkert ikke. Men der er en chance.
Det meste af vores solsystem er et temmelig prosaisk, arbejdsdagligt sted. Og det er her, de fleste af vores observationsbeviser, der støtter generel relativitet, kommer fra. Men regionen omkring et sort hul er ikke et normalt kvarter.
Forholdene der er ekstreme. Intens tyngdekraft, overophedede stråler af materiale, der bevæger sig i nærheden af lysets hastighed og begivenhedshorisonten. Men med hensyn til generel relativitet handler det mest om tyngdekraft og lys.
Generel relativitet forudsiger, at tyngdekraften i det sorte hul kurver rumtiden og trækker alt mod det, inklusive lys. Data indsamlet af EHT giver målinger af dette fænomen, som kan sammenlignes med Einsteins forudsigelser. Hvis dataene stemmer overens med forudsigelser, vinder Einstein igen.
Generel relativitet giver en anden forudsigelse: skyggen, der er kastet af akkretionsdisken, skal være cirkulær. Hvis det ikke er cirkulært, og det er mere af et underskud, er formlerne i General Relativity ikke helt nøjagtige.
John Wardle er en astronom, der har studeret sorte huller i årtier, tilbage, da de stadig kun var en teoretisk konstruktion. Han er meget involveret i EHT-projektet. Wardle mener, at den generelle relativitet vil klare denne test, og at Einstein vinder igen. Men hvis generel relativitet mislykkes i denne test, befinder vi os i en meget vanskelig og underlig situation.
”Så vil vi være i en svær lige jakke, fordi du ikke kan foretage ændringer, der roterer alle de andre bit, der fungerer,” sagde Wardle. ”Det ville være meget spændende.”
- Brandeis University Pressemeddelelse: "Hvordan ser et sort hul ud?"
- Event Horizon Telescope
- Wikipediaindgang: interferometri
- Wikipediaindgang: Event Horizon
