At observere det usynlige:Den lange rejse til det første billede af et sort hul

Det første billede af et supermassivt sort hul i midten af ​​en galakse viser, hvordan vi har, i en vis forstand, observerede det usynlige.

Det spøgelsesagtige billede er et radiointensitetskort over det glødende plasma bagved, og derfor silhuet, det sorte huls "begivenhedshorisont" - usynlighedens kugleformede kappe omkring et sort hul, som ikke engang lys kan undslippe.

Radio-"fotografiet" blev opnået af et internationalt samarbejde, der involverede mere end 200 videnskabsmænd og ingeniører, som forbandt nogle af verdens mest dygtige radioteleskoper for effektivt at se det supermassive sorte hul i galaksen kendt som M87.

Så hvordan i alverden kom vi til dette punkt?

Fra 'mørke stjerner'

Det var den engelske astronom John Michell, der i 1783 for første gang formulerede ideen om "mørke stjerner" så utrolig tætte, at deres tyngdekraft ville være umulige at løbe fra – selv hvis du tilfældigvis var en foton, der kunne bevæge sig med lysets hastighed.

Tingene er kommet langt siden den banebrydende indsigt.

I januar i år, astronomer offentliggjorde et billede af emissionen fra radiokilden kendt som Sagittarius A*, regionen umiddelbart omkring det supermassive sorte hul i midten af ​​vores galakse.

Imponerende nok, billedet havde detaljer på skalaer ned til kun ni gange størrelsen af ​​det sorte huls begivenhedshorisont.

Nu, Event Horizon Telescope (EHT) er lykkedes med at løse begivenhedshorisonten omkring det supermassive sorte hul i M87, en relativt nærliggende galakse, hvorfra lyset tager 55 millioner lysår om at nå os, på grund af dens afstand.

Astronomiske figurer

Astronomiske objekter kommer med astronomiske figurer, og dette mål er ingen undtagelse.

M87's sorte hul har en masse, der er 6,5 milliarder gange vores sols, som i sig selv er en tredjedel af en million gange Jordens masse. Dens begivenhedshorisont har en radius på omkring 20 milliarder kilometer, mere end tre gange afstanden Pluto er fra vores sol.

Det er, imidlertid, langt væk, og den utrolige tekniske bedrift, der kræves for at se et sådant mål, svarer til at prøve at observere et objekt på 1 mm i størrelse fra en afstand af 13, 000 km.

Dette Nobelpris-værdige resultat er, selvfølgelig, ingen utilsigtet opdagelse, men en måling bygget på generationers indsigt og gennembrud.

Forudsigelser uden observation

I begyndelsen af ​​1900-tallet, der skete betydelige fremskridt, efter at Albert Einstein udviklede sine relativitetsteorier. Disse varige ligninger forbinder rum og tid, og diktere materiens bevægelse, som igen dikterer tyngdefelterne og bølgerne i rumtiden.

Kort efter, i 1916, astronomerne Karl Schwarzschild og Johannes Droste indså uafhængigt af hinanden, at Einsteins ligninger gav anledning til løsninger, der indeholdt en "matematisk singularitet", et udeleligt punkt med nulvolumen og uendelig masse.

At studere stjernernes udvikling i 1920'erne og 1930'erne, atomfysikere nåede frem til den tilsyneladende uundgåelige konklusion, at hvis massiv nok, visse stjerner ville ende deres liv i et katastrofalt gravitationssammenbrud, hvilket resulterede i en singularitet og skabelsen af ​​en "frossen stjerne".

Dette udtryk afspejlede tidens bizarre relative natur i Einsteins teori. Ved begivenhedshorisonten, den berygtede grænse uden tilbagevenden omkring sådan en kollapset stjerne, tiden ser ud til at fryse for en ekstern observatør.

Mens fremskridt inden for kvantemekanik erstattede forestillingen om en singularitet med en lige så forvirrende, men endelig kvanteprik, den faktiske overflade, og interiør, af sorte huller er fortsat et aktivt forskningsområde i dag.

Selvom vores galakse kan indeholde millioner af John Michells sorte huller i stjernemasse - som vi ved, hvor et dusin eller deromkring befinder sig - er deres begivenhedshorisonter for små til at observere.

For eksempel, hvis vores sol skulle kollapse ned til et sort hul, radius af dens begivenhedshorisont ville være kun 3 km. Men kollisionen af ​​sorte huller med stjernemasse i andre galakser blev berømt opdaget ved hjælp af gravitationsbølger.

Leder du efter noget supermassivt

EHT's mål er derfor relateret til de supermassive sorte huller, der er placeret i centrum af galakser. Udtrykket sort hul kom faktisk først i brug i midten til slutningen af ​​1960'erne, da astronomer begyndte at mistænke, at virkelig massive "mørke stjerner" drev de meget aktive kerner i visse galakser.

Talrige teorier florerer for dannelsen af ​​disse særligt massive sorte huller. På trods af navnet, sorte huller er objekter, snarere end huller i rumtidens stof.

I 1972, Robert Sanders og Thomas Lowinger beregnede, at en tæt masse svarende til omkring en million solmasser befinder sig i centrum af vores galakse.

I 1978, Wallace Sargent og kolleger havde fastslået, at en tæt masse fem milliarder gange vores Sols masse ligger i centrum af den nærliggende galakse M87.

Men disse masser, lidt revideret siden da, kunne simpelthen have været en tæt sværm af planeter og døde stjerner.

I 1995, eksistensen af ​​sorte huller blev bekræftet observationsmæssigt af Makoto Miyoshi og kolleger. Brug af radiointerferometri, de opdagede en masse i centrum af galaksen M106, inden for et volumen så lille, at det kun kunne være, eller snart ville blive, et sort hul.

I dag, omkring 130 sådanne supermassive sorte huller i centrene af nærliggende galakser har fået deres masser målt direkte ud fra kredsløbshastighederne og -afstandene af stjerner og gas, der kredser om de sorte huller, men endnu ikke på en dødsspiral ind i den centrale gravitationskomprimator.

På trods af det øgede antal, vores Mælkevej og M87 har stadig de største begivenhedshorisonter set fra Jorden, Derfor forfulgte det internationale hold disse to mål.

Den skyggefulde silhuet af det sorte hul i M87 er virkelig et forbløffende videnskabeligt billede. Mens sorte huller tilsyneladende kan stoppe tiden, det bør erkendes, at videnskabens forudsigelseskraft, når det kombineres med menneskelig fantasi, opfindsomhed, og beslutsomhed, er også en bemærkelsesværdig naturkraft.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.