Forskerhold opdager vejen til knivskarpe billeder af sorte huller

april sidste år, Event Horizon Telescope (EHT) vakte international begejstring, da det afslørede det første billede af et sort hul. I dag, et team af forskere har offentliggjort nye beregninger, der forudsiger en slående og indviklet understruktur i sorte hulbilleder fra ekstrem gravitationslysbøjning.

"Billedet af et sort hul indeholder faktisk en indlejret række ringe, " forklarer Michael Johnson fra Center for Astrophysics, Harvard og Smithsonian (CfA). "Hver på hinanden følgende ring har omtrent samme diameter, men bliver stadig skarpere, fordi dens lys kredsede om det sorte hul flere gange, før det nåede observatøren. Med det aktuelle EHT-billede, vi har lige fået et glimt af den fulde kompleksitet, der burde dukke op i billedet af ethvert sort hul."

Fordi sorte huller fanger alle fotoner, der krydser deres begivenhedshorisont, de kaster en skygge på deres lyse omgivende emission fra varm indfaldende gas. En "fotonring" omkranser denne skygge, produceret af lys, der er koncentreret af den stærke tyngdekraft nær det sorte hul. Denne fotonring bærer fingeraftrykket af det sorte hul - dets størrelse og form koder for massen og rotationen eller "spin" af det sorte hul. Med EHT-billederne, sorte hul-forskere har et nyt værktøj til at studere disse ekstraordinære objekter.

"Dette er et ekstremt spændende tidspunkt at tænke på fysikken i sorte huller, " siger Daniel Kapec fra Institute for Advanced Study. "Einsteins generelle relativitetsteori giver en række slående forudsigelser for de typer observationer, der endelig kommer inden for rækkevidde, og jeg tror, ​​vi kan se frem til mange fremskridt i de kommende år. Som teoretiker, Jeg finder den hurtige konvergens mellem teori og eksperiment særligt givende, og jeg håber, vi kan fortsætte med at isolere og observere mere universelle forudsigelser af generel relativitet, efterhånden som disse eksperimenter bliver mere følsomme."

Forskerholdet omfattede observationsastronomer, teoretiske fysikere, og astrofysikere.

"Ved at bringe eksperter fra forskellige områder sammen gjorde det os i stand til virkelig at forbinde en teoretisk forståelse af fotonringen med, hvad der er muligt med observation, " bemærker George Wong, en fysikstuderende ved University of Illinois i Urbana-Champaign. Wong udviklede software til at producere simulerede sorte hulbilleder i højere opløsninger end tidligere blevet beregnet og til at dekomponere disse i den forudsagte serie af underbilleder. "Det, der startede som klassiske blyant-og-papir-beregninger, fik os til at skubbe vores simuleringer til nye grænser."

Forskerne fandt også ud af, at det sorte huls billedunderstruktur skaber nye muligheder for at observere sorte huller. "Det, der virkelig overraskede os, var, at selvom de indlejrede underringe næsten er umærkelige for det blotte øje på billeder - selv perfekte billeder - så er de stærke og klare signaler for rækker af teleskoper kaldet interferometre, " siger Johnson. "Selvom det normalt kræver mange distribuerede teleskoper at tage billeder af sorte huller, underringene er perfekte til at studere med kun to teleskoper, der er meget langt fra hinanden. At tilføje et rumteleskop til EHT ville være nok."

"Sort huls fysik har altid været et smukt emne med dybe teoretiske implikationer, men nu er det også blevet en eksperimentel videnskab, " siger Alex Lupsasca fra Harvard Society of Fellows. "Som teoretiker, Jeg er glad for endelig at indsamle rigtige data om disse objekter, som vi har tænkt abstrakt på så længe."

Resultaterne blev offentliggjort i Videnskabens fremskridt .