Astronomer kigger ind i et sort hul for første gang med det nye Event Horizon-teleskop

Lige siden første gang nævnt af Jon Michell i et brev til Royal Society i 1783, sorte huller har fanget videnskabsmænds fantasi, forfattere, filmskabere og andre kunstnere. Måske er en del af forlokkelsen, at disse gådefulde genstande faktisk aldrig er blevet "set". Men dette kan nu være ved at ændre sig, da et internationalt hold af astronomer forbinder en række teleskoper på Jorden i håbet om at lave det første billede nogensinde af et sort hul.

Sorte huller er områder af rummet, hvori tyngdekraften er så stærk, at intet - ikke engang lys - kan undslippe. Deres eksistens blev forudsagt matematisk af Karl Schwarzchild i 1915, som en løsning på ligninger i Albert Einsteins almene relativitetsteori.

Astronomer har i mange årtier haft indicier for, at supermassive sorte huller - en million til en milliard gange mere massive end vores sol - ligger i hjertet af massive galakser. Det skyldes, at de kan se den tyngdekraft, de har på stjerner, der kredser om det galaktiske centrum. Når overfodret med materiale fra det omgivende galaktiske miljø, de udstøder også påviselige faner eller plasmastråler til hastigheder tæt på lysets. Sidste år, LIGO-eksperimentet gav endnu flere beviser ved at detektere krusninger i rum-tid forårsaget af to mellemstore sorte huller, der smeltede sammen for millioner af år siden.

Men mens vi nu ved, at der findes sorte huller, spørgsmål om deres oprindelse, evolution og indflydelse i universet forbliver på forkant med moderne astronomi.

Fange en lille plet på himlen

Den 5.-14. april 2017, holdet bag Event Horizon Telescope håber at teste de grundlæggende teorier om sorthuls fysik ved at forsøge at tage det første billede nogensinde af et sort huls begivenhedshorisont (det punkt, hvor teorien forudsiger, at intet kan undslippe). Ved at forbinde en global række radioteleskoper sammen for at danne det, der svarer til et gigantisk teleskop på størrelse med Jorden – ved hjælp af en teknik kendt som Very Long Baseline Interferometry og Earth-aperture-syntese – vil videnskabsmænd kigge ind i hjertet af vores Mælkevejsgalakse, hvor en sort hul, der er 4m gange mere massivt end vores sol – Skytten A* – lurer.

Astronomer ved, at der er en skive af støv og gas, der kredser omkring det sorte hul. Den vej, lyset fra dette materiale tager, vil blive forvrænget i det sorte huls gravitationsfelt. Dens lysstyrke og farve forventes også at blive ændret på forudsigelige måder. Den afslørende signatur astronomer håber at se med Event Horizon Telescope er en lys halvmåneform snarere end en disk. Og de kan endda se skyggen af ​​det sorte huls begivenhedshorisont på baggrund af dette stærkt skinnende hvirvlende materiale.

Arrayet forbinder ni stationer over hele kloden - nogle individuelle teleskoper, andre samlinger af teleskoper – i Antarktis, Chile, Hawaii, Spanien, Mexico og Arizona. Det "virtuelle teleskop" har været under udvikling i mange år, og teknologien er blevet testet. Imidlertid, disse test afslørede oprindeligt en begrænset følsomhed og en vinkelopløsning, der var utilstrækkelig til at sondere ned til de skalaer, der var nødvendige for at nå det sorte hul. Men tilføjelsen af ​​følsomme nye arrays af teleskoper - herunder Atacama Large Millimeter Array i Chile og South Pole Telescope - vil give netværket et tiltrængt kraftløft. Det er lidt som at tage briller på og pludselig kunne se begge forlygter fra en modkørende bil frem for en enkelt sløring af lys.

Det sorte hul er en kompakt kilde på himlen - dets udsyn ved optiske bølgelængder (lys, som vi kan se) er fuldstændig blokeret af store mængder støv og gas. Imidlertid, teleskoper med tilstrækkelig opløsning og arbejder længere, radiomillimeter bølgelængder kan se gennem denne kosmiske tåge.

Opløsningen af ​​enhver form for teleskop - den fineste detalje, der kan skelnes og måles - er normalt citeret som en lille vinkel svarende til forholdet mellem et objekts størrelse og dets afstand. Månens vinkelstørrelse set fra Jorden er omkring en halv grad, eller 1800 buesekunder. For ethvert teleskop, jo større blænde, jo mindre detalje, der kan løses.

Opløsningen af ​​et enkelt radioteleskop (typisk med en blænde på 100 meter) er omkring 60 buesekunder. Dette kan sammenlignes med opløsningen af ​​det blotte menneskelige øje og omkring en tresindstyvendedel af fuldmånens tilsyneladende diameter. Men ved at forbinde mange teleskoper, Event Horizon Telescope vil være ved at opnå en opløsning på 15-20 mikrobuesekunder (0, 000015 buesekunder), svarende til at kunne udspionere en drue på afstand af månen.

Hvad er der på spil?

Selvom praksis med at forbinde mange teleskoper på denne måde er velkendt, særlige udfordringer ligger forude for Event Horizon Telescope. De data, der registreres på hver station i netværket, vil blive sendt til en central behandlingsfacilitet, hvor en supercomputer omhyggeligt vil kombinere alle data. Forskelligt vejr, atmosfæriske og teleskopforhold på hvert sted vil kræve omhyggelig kalibrering af dataene, så forskerne kan være sikre på, at alle funktioner, de finder på de endelige billeder, ikke er artefakter.

Hvis det virker, billeddannelse af materialet inde i det sorte hul-område med vinkelopløsninger, der kan sammenlignes med dets begivenhedshorisont, vil åbne en ny æra af sorte hul-studier og løse en række store spørgsmål:eksisterer begivenhedshorisonter overhovedet? Virker Einsteins teori i denne region med ekstrem stærk tyngdekraft, eller har vi brug for en ny teori til at beskrive tyngdekraften så tæt på et sort hul? Også, hvordan fodres sorte huller, og hvordan slynges materiale ud?

Det kan endda være muligt at afbilde de sorte huller i centrum af nærliggende galakser, såsom den gigantiske elliptiske galakse, der ligger i hjertet af vores lokale galaksehob.

Ultimativt, kombinationen af ​​matematisk teori og dyb fysisk indsigt, globale internationale videnskabelige samarbejder og bemærkelsesværdige, ihærdige langsigtede fremskridt inden for banebrydende eksperimentel fysik og teknik ser ud til at gøre afsløringen af ​​rumtidens natur til et afgørende træk ved videnskaben i det tidlige 21. århundrede.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.