Hvad søgen efter at afbilde sorte huller kunne fortælle os om vores univers

For kort tid siden var ideen om at fotografere et sort hul lige så quixotisk som at fotografere en enhjørning. Nu har videnskabsmænd ikke ét, men to billeder af to forskellige supermassive sorte huller - og de ser begge lige så magiske ud som flammende doughnuts.

"Jeg kan huske, da sorte huller var rent teoretiske," sagde Ellen Stofan, undersekretær for videnskab og forskning ved Smithsonian og tidligere chefforsker ved NASA, under et post-afsløringspanel torsdag. Modereret af Stofan samlede samtalen fire medlemmer af det Harvard-ledede hold af videnskabsmænd, der i 2019 afslørede for verden det første billede af et sort hul - en gigant kaldet M87 efter dens galakse, Messier 87. Timer før paneldebatten, holdet delte et andet billede – et nærbillede af Skytten A-stjerne (eller Sgr A*), det sorte hul, der snacker lys og kosmisk affald i midten af ​​vores helt egen Mælkevejsgalakse.

"Der kan ikke være nogen tvivl nu, hvor vi har set sorte huller for første gang," sagde Shep Doeleman, stiftende direktør for Event Horizon Telescope-samarbejdet, et internationalt hold på mere end 100 videnskabsmænd ledet af Center for Astrophysics | Harvard og Smithsonian. "Det er begyndelsen på en ny æra inden for astronomi."

I denne nye æra kunne videnskabsmænd bevise – eller modbevise – Einsteins langvarige teorier om tyngdekraft og relativitet, finde Jorden 2.0 eller opdage et ormehul til et andet univers. (Det sidste vil ikke være så svært for Doeleman, som frækt sagde, at han kommer fra et andet univers.)

At fotografere et sort hul er endnu sværere, end det lyder. For at fange billeder af objekter så langt væk, "Du har brug for et teleskop på størrelse med Jorden," sagde Kari Haworth, en ingeniør og teknologichef for Center for Astrofysik. "Det gjorde vi ikke, fordi det er umuligt, og det ville ødelægge mange menneskers synspunkter," sagde hun.

I stedet forvandlede forskerne Jorden til et kæmpe teleskop ved at koordinere individuelle maskiner placeret på Hawaii, Chile, Mexico, Spanien, Frankrig og andre steder. Hvert hold skulle tage et billede på nøjagtig samme tidspunkt. Fordi sorte huller opsluger alt, der kommer for tæt på – selv lys – kan de ikke ses. Men deres massive tyngdekraft trækker ind og komprimerer nærliggende lys og snavs og skaber en snurrende gashvirvel, der vrimler med energi. "At forvandle faldende stof til lysstyrke," var hvordan Doeleman udtrykte det.

Den lysstyrke kan ses og fotograferes. Noget af det lys, der bliver trukket ind i det sorte huls tyngdefelt, laver en U-vending eller en loop-de-loop, før det flygter og skyder af sted i retning mod Jorden, med et billede af, hvor det kom fra. EHT-holdets endelige fotografi er en sammensætning af billeder taget af hvert teleskop og stablet oven på hinanden. For at kombinere alle de data – som er lette, fanget på et meget præcist tidspunkt – var holdet nødt til at opnå endnu en mærkelig bedrift. Hvert teleskophold frøs deres lys, gemte det på harddiske (det er for massivt til at sende over internettet) og fløj det, med fly, til ét centralt sted.

M87, det første sorte hul, der fik stjernebehandlingen, er omkring 1.000 gange større end Sagittarius A-stjerne og langt mere stabil, men billederne kom ud næsten det samme, et kup for EHT – og Albert Einstein. Einstein teoretiserede, at sorte huller kun har tre egenskaber - masse, spin og ladning - og intet "hår" (som astrofysikere ynder at kalde yderligere egenskaber). Den eneste forskel er en lille sløring i billedet af Skyttens A-stjerne. Vores galakses sorte hul er mere kræsen, lige så nervøs som et lille barn, og det er sværere at fange et rent billede af noget, der konstant ændrer sig, sagde astrofysiker Paul Tiede. Derudover er der noget kosmisk suppe mellem os og Skytten A-stjerne, som slører billederne en smule. "Selv i betragtning af dette," sagde Tiede, "er jeg stadig slået over, hvor ens disse billeder er."

Som sorte huller beskrives, kan du forvente, at de er umættelige monstre, der suger alt i rummet ind som et badekars afløb. Ikke nøjagtigt. Selvom de er de mest magtfulde objekter i universet - Doeleman sagde, at et sort hul dannet ved at folde Jorden på midten kunne drive Manhattan i et år - de sluger ikke hele galakser, de fordrejer bare rumtiden og fortrænger objekter fra deres tilsigtede stier.

Det er gode nyheder, fordi EHT-teamet har mistanke om, at der er et supermassivt sort hul i midten af ​​hver galakse. Men selv med disse nye billeder sagde Tiede:"Vi ved næsten ikke noget om dem." (Adspurgt om, hvorfor de sorte huller er doughnut-formede, svarede han:"Fordi de er lækre.")

"Sorte huller lever på grænsen af ​​vores nuværende viden om fysik og astrofysik," sagde Angelo Ricarte, der bragte sit sorte hul ved navn Poe - en blød sort kugle med to googly øjne - til paneldiskussionen. Disse nye billeder hjælper allerede Ricarte og andre videnskabsmænd med at studere den mærkelige fysik af de overophedede gasser, der kredser om de sorte huller, samt hvordan giganterne spyr stråler af disse gasser en million lysår i enhver retning. Disse jetfly, sagde Ricarte, kunne hjælpe med at forklare "vores kosmiske oprindelseshistorie", have dybtgående virkninger på, hvordan vores galakse udvikler sig, eller bygge bro mellem teorier om det helt store med det helt små for at understøtte en teori om alting. "Der er mange ting, vi stadig ikke forstår fuldt ud i dette ekstreme miljø," sagde han.

For at få en bedre forståelse ønsker Doeleman at bygge et endnu større teleskop ved at placere et andet billedapparat på en satellit, der kredser om Jorden. Han håber også at fange noget mere spændende end et billede af et sort hul:en film af et sort hul.

"Hvis vi kunne time stoffets kredsløb, ville det være en helt anden test af Einsteins teori," sagde han. + Udforsk yderligere

Snapning af et sort hul:Sådan fungerer EHT-superteleskopet

Denne historie er offentliggjort med tilladelse fra Harvard Gazette, Harvard Universitys officielle avis. Besøg Harvard.edu for yderligere universitetsnyheder.