Denne kombination af billeder fra 2020 og 2015 viser, fra venstre, Reinhard Genzel, astrofysiker ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics; Andrea Ghez, professor i fysik og astronomi ved UCLA, og Roger Penrose, fra University of Oxford. På tirsdag, 6. okt. 2020, de delte Nobelprisen i fysik for at fremme vores forståelse af sorte huller. (Matthias Balk/dpa, Elena Zhukova/UCLA, Danny Lawson/PA via AP)
Tre videnskabsmænd vandt tirsdag Nobelprisen i fysik for at etablere den alt for underlige virkelighed med sorte huller - de lige ud af science-fiction kosmiske monstre, der suger lys og tid og til sidst vil sluge os, også.
Roger Penrose fra Storbritannien, Reinhard Genzel fra Tyskland og Andrea Ghez fra USA forklarede verden disse blindgyder af kosmos, som stadig ikke er helt forstået, men som er dybt forbundet, på en eller anden måde, til skabelsen af galakser.
Penrose, en 89-årig ved University of Oxford, modtog halvdelen af prisen for at bevise med matematik i 1964, at Einsteins generelle relativitetsteori forudsagde dannelsen af sorte huller, selvom Einstein ikke selv troede, de fandtes.
Genzel, som er på både Max Planck Institute i Tyskland og University of California, Berkeley, og Ghez, fra University of California, Los Angeles, modtog den anden halvdel af prisen for i 1990'erne at opdage et supermassivt sort hul i midten af vores galakse.
Sorte huller fascinerer folk, fordi "tanken om et monster derude, der suger alt op, er en ret underlig ting, " Penrose sagde et interview med The Associated Press. Han sagde, at vores galakse og galakserne i nærheden af os "til sidst vil blive opslugt af et helt enormt sort hul. Dette er skæbnen ... men ikke i forfærdelig lang tid, så det er ikke noget at bekymre sig for meget om."
Dette billede blev leveret onsdag d. 10. april, 2019, af Event Horizon Telescope, viser et sort hul. Forskere afslørede det første billede nogensinde lavet af et sort hul efter at have samlet data indsamlet af et netværk af radioteleskoper rundt om i verden. Tre videnskabsmænd vandt tirsdag Nobelprisen i fysik, 6. okt. 2020, for at etablere den alt for underlige virkelighed med sorte huller. Roger Penrose fra Storbritannien, Reinhard Genzel fra Tyskland og Andrea Ghez fra USA forklarede verden disse blindgyder af kosmos, som stadig ikke er helt forstået, men som er dybt forbundet, på en eller anden måde, til skabelsen af galakser. (Event Horizon Telescope Collaboration/Maunakea Observatories via AP)
Sorte huller er i centrum af hver galakse, og mindre spreder universet. Bare deres eksistens er tankevækkende. De er så massive, at intet, ikke engang lys, kan undslippe deres tyngdekraft. De fordrejer og vrider lyset på en måde, der virker uvirkelig og får tiden til at sænke sig og stoppe.
"Sorte huller, fordi de er så svære at forstå, er det, der gør dem så tiltalende, ''Ghez, 55, sagde efter at være blevet den fjerde kvinde nogensinde til at vinde en Nobel i fysik. "Jeg ser virkelig på videnskab som en stor, kæmpe puslespil."
Mens de tre videnskabsmænd viste eksistensen af sorte huller, det var først sidste år, at folk kunne se en for sig selv, da et andet videnskabshold fangede det første og eneste optiske billede af en. Det ligner en flammende donut fra helvede, men er i en galakse 53 millioner lysår fra Jorden.
Roger Penrose poserer for en fotograf i Oxford, England, Tirsdag, 6. okt. 2020. Tre forskere, briten Roger Penrose, Tyske Reinhard Genzel og amerikanske Andrea Ghez vandt tirsdag 2020 Nobelprisen i fysik for at fremme vores forståelse af sorte huller. de altopslugende monstre, der lurer i de mørkeste dele af universet og stadig forvirrer astronomer.(AP Photo/Frank Augstein)
Penrose, en matematisk fysiker, der fik opkaldet fra Nobelkomiteen, mens han var i bad, var overrasket over hans sejr, fordi hans arbejde er mere teoretisk end observationelt, og det er normalt ikke det, der vinder fysik Nobels.
Det, der fascinerede Penrose mere end det sorte hul, var det, der var i den anden ende af det, noget, der kaldes "singularitet". Det er noget videnskaben stadig ikke kan finde ud af.
"Singularitet, det er et sted, hvor tæthederne og krumningerne går til det uendelige. Du forventer, at fysikken går amok, " sagde han fra sit hjem. "Hvis du falder i et sort hul, så bliver du ganske godt uundgåeligt klemt ind i denne singularitet til sidst. Og det er enden."
Penrose sagde, at han gik på arbejde med en kollega for 56 år siden, tænker på "hvordan det ville være at være i denne situation, hvor alt dette materiale falder sammen omkring dig." Han indså, at han havde "en eller anden mærkelig følelse af opstemthed, " og det var da tingene begyndte at hænge sammen i hans sind.
I denne 25. juli, 2000 fil foto, Storbritanniens dronning Elizabeth II tildeler Roger Penrose insignia for et medlem af Order of Merit i Buckingham Palace i London. Nobelprisen i fysik i 2020 er blevet tildelt briten Roger Penrose, Tyske Reinhard Genzel og amerikanske Andrea Ghez for opdagelser vedrørende sorte huller. (Fiona Hanson/PA via AP)
Martin Rees, den britiske kongelige astronom, bemærkede, at Penrose udløste en "renæssance" i studiet af relativitet i 1960'erne, og det, sammen med en ung Stephen Hawking, han hjalp med at fastlægge beviser for Big Bang og sorte huller.
"Penrose og Hawking er de to personer, der har gjort mere end nogen anden siden Einstein for at uddybe vores viden om tyngdekraften, " sagde Rees. "Desværre, denne pris blev for meget forsinket til at tillade Hawking at dele æren."
Hawking døde i 2018, og Nobelpriser uddeles kun til de levende.
New York University astrofysiker Glennys Farrar sagde:"Der er ingen tvivl om, at hvis denne pris blev uddelt, da Hawking stadig var i live, han ville dele det. Han udførte generelt mere betydningsfuldt arbejde med dette emne end næsten nogen anden."
Genzel, 68, og Ghez vandt, fordi "de viste, at sorte huller ikke kun er teori - de er rigtige, de er her, og der er et sort hul i monsterstørrelse i midten af vores galakse, Mælkevejen, " sagde Brian Greene, en teoretisk fysiker og matematiker ved Columbia University.
Roger Penrose poserer for en fotograf i Oxford, England, Tirsdag, 6. okt. 2020. Tre forskere, briten Roger Penrose, Tyske Reinhard Genzel og amerikanske Andrea Ghez vandt tirsdag 2020 Nobelprisen i fysik for at fremme vores forståelse af sorte huller. de altopslugende monstre, der lurer i de mørkeste dele af universet og stadig forvirrer astronomer.(AP Photo/Frank Augstein)
I 1990'erne, Genzel og Ghez, ledende separate grupper af astronomer, trænede deres syn på det støvdækkede centrum af vores Mælkevejs galakse, et område kaldet Skytten A(stjerne), hvor der foregik noget mærkeligt. Det var "en ekstremt tung, usynligt objekt, der trækker på virvar af stjerner, får dem til at skynde sig rundt med svimlende hastigheder, " ifølge Nobelkomiteen.
Det var et sort hul. Ikke bare et almindeligt sort hul, men en supermassiv en, 4 millioner gange vores sols masse.
Det første billede Ghez fik var i 1995, ved hjælp af Keck-teleskopet på Hawaii, der lige var gået online. Et år senere, et andet billede syntes at indikere, at stjernerne nær midten af Mælkevejen kredsede om noget. Et tredje billede fik Ghez og Genzel til at tro, at de virkelig var i gang med noget.
En hård konkurrence udviklede sig mellem Ghez og Genzel, hvis hold brugte en række teleskoper ved European Southern Observatory i Chile.
David Haviland, medlem af Nobelkomiteen for Fysik, venstre, og Göran K. Hansson, Generalsekretær for Videnskabsakademiet, annoncere vinderne af 2020 Nobelprisen i fysik under en pressekonference på Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi, i Stockholm, Sverige, Tirsdag den 6. okt. 2020. De tre vindere på skærmen fra venstre, Roger Penrose, Reinhard Genzel og Andrea Ghez har vundet dette års Nobelpris i fysik for opdagelser af sorte hul. (Fredrik Sandberg/TT via AP)
Denne 26. juni, 2015-filbillede viser Roger Penrose. Nobelprisen i fysik i 2020 er blevet tildelt briten Roger Penrose, Tyske Reinhard Genzel og amerikanske Andrea Ghez for opdagelser vedrørende sorte huller. (Danny Lawson/PA via AP)
Reinhard Genzel, ret, astrofysiker ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, fejrer sin Nobelpris i fysik med sit hold i Garching, Tyskland, Tirsdag, 6. okt. 2020. (Matthias Balk/dpa via AP)
Reinhard Genzel, astrofysiker ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, fejrer sin Nobelpris i fysik med sit hold i Garching, Tyskland, Tirsdag, okt., 2020. (Matthias Balk/dpa via AP)
Vært Janna Levin rejste, og Andrea Ghez deltager i "Black Hole Apocalypse" panelet under PBS Television Critics Association Summer Press Tour på Beverly Hilton på mandag, 31. juli, 2017, i Beverly Hills, Calif. Ghez er en af tre videnskabsmænd, der er tildelt Nobelprisen i fysik for opdagelser relateret til sorte huller. (Foto af Richard Shotwell/Invision/AP, Fil)
Dette foto dateret 17. feb. 2012, viser Andrea Ghez, professor i fysik og astronomi ved UCLA. Ghez var en af tre videnskabsmænd, der vandt dette års Nobelpris i fysik en tirsdag, 6. okt. 2020, for at fremme vores forståelse af sorte huller. (UCLA via AP)
Andrea Ghez, professor i fysik og astronomi ved UCLA, poserer under et interview på universitetet i Los Angeles, Tirsdag, 6. okt. 2020. Ghez var en af tre videnskabsmænd, der tirsdag blev tildelt årets Nobelpris i fysik for at fremme vores forståelse af sorte huller, de altopslugende monstre, der lurer i de mørkeste dele af universet. (AP Photo/Aron Ranen)
Dette billede er dateret 30. maj 2015, viser Andrea Ghez, professor i fysik og astronomi ved UCLA. Ghez var en af tre videnskabsmænd, der tirsdag blev tildelt årets Nobelpris i fysik. 6. okt. 2020, for at fremme vores forståelse af sorte huller, de altopslugende monstre, der lurer i de mørkeste dele af universet. (UCLA via AP)
Ulf Danielsson, medlem af Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi taler efter offentliggørelsen af vinderne af Nobelprisen i 2020 i fysik under en pressekonference på Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi, i Stockholm, Sverige, Tirsdag den 6. okt. 2020. De tre vindere på skærmen fra venstre, Roger Penrose, Reinhard Genzel og Andrea Ghez har vundet dette års Nobelpris i fysik for opdagelser af sorte hul. (Fredrik Sandberg/TT via AP)
"Deres rivalisering løftede dem til større videnskabelige højder, " sagde Harvard-astronomen Avi Loeb.
I modsætning til andre præstationer hædret med Nobels, der er ingen praktisk anvendelse for disse opdagelser.
"Er der en praktisk anvendelse på Beethovens niende symfoni?" spurgte Columbia's Greene. "Men dens eksistens, denne type spektakulær viden, er en del af det, der giver livet mening."
Nobelprisen kommer med en guldmedalje og 10 millioner kroner (mere end $1,1 millioner), takket være et legat efterladt for 124 år siden af præmiens skaber, Alfred Nobel, opfinderen af dynamit.
På mandag, Nobelprisen i medicin blev tildelt amerikanerne Harvey J. Alter og Charles M. Rice og den britiskfødte videnskabsmand Michael Houghton for at opdage den leverhærgende hepatitis C-virus. Præmierne for kemi, litteratur, fred og økonomi vil blive annonceret i de kommende dage.
Nobelfondens meddelelse:
Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi har besluttet at uddele Nobelprisen i fysik 2020
med den ene halvdel til
Roger Penrose
University of Oxford, Storbritannien
"for opdagelsen af, at dannelse af sorte hul er en robust forudsigelse af den generelle relativitetsteori"
og den anden halvdel i fællesskab til
Reinhard Genzel
Max Planck Institut for udenjordisk fysik, Garching, Tyskland og University of California, Berkeley, OS.
og
Andrea Ghez
University of California, Los Angeles, OS.
"til opdagelsen af et supermassivt kompakt objekt i centrum af vores galakse"
Dette er tiende år i træk Physical Review Letters, flagskibsbladet for American Physical Society, er blevet citeret i det videnskabelige baggrundsmateriale for fysik- eller kemipriserne Kredit:American Physical Society
Sorte huller og Mælkevejens mørkeste hemmelighed
Tre prismodtagere deler dette års Nobelpris i fysik for deres opdagelser om et af de mest eksotiske fænomener i universet, det sorte hul. Roger Penrose viste, at den generelle relativitetsteori fører til dannelsen af sorte huller. Reinhard Genzel og Andrea Ghez opdagede, at et usynligt og ekstremt tungt objekt styrer stjernernes kredsløb i centrum af vores galakse. Et supermassivt sort hul er den eneste kendte forklaring.
Roger Penrose brugte geniale matematiske metoder i sit bevis på, at sorte huller er en direkte konsekvens af Albert Einsteins generelle relativitetsteori. Einstein troede ikke selv på, at sorte huller virkelig eksisterede, disse super-tunge monstre, der fanger alt, hvad der kommer ind i dem. Intet kan undslippe, ikke engang lys.
I januar 1965 ti år efter Einsteins død, Roger Penrose beviste, at sorte huller virkelig kan dannes og beskrev dem i detaljer; i deres hjerte, sorte huller skjuler en singularitet, hvor alle de kendte naturlove ophører. Hans banebrydende artikel betragtes stadig som det vigtigste bidrag til den generelle relativitetsteori siden Einstein.
Reinhard Genzel og Andrea Ghez leder hver især en gruppe astronomer, der siden begyndelsen af 1990'erne, har fokuseret på et område kaldet Sagittarius A* i centrum af vores galakse. Banerne for de klareste stjerner tættest på midten af Mælkevejen er blevet kortlagt med stigende præcision. Målingerne for disse to grupper stemmer overens, med begge at finde en ekstremt tung, usynligt objekt, der trækker på virvar af stjerner, får dem til at haste rundt med svimlende hastigheder. Omkring fire millioner solmasser er pakket sammen i et område, der ikke er større end vores solsystem.
Ved at bruge verdens største teleskoper, Genzel og Ghez udviklede metoder til at se gennem de enorme skyer af interstellar gas og støv til centrum af Mælkevejen. At strække teknologiens grænser, de raffinerede nye teknikker til at kompensere for forvrængninger forårsaget af Jordens atmosfære, bygge unikke instrumenter og forpligte sig til langsigtet forskning. Deres banebrydende arbejde har givet os det mest overbevisende bevis endnu på et supermassivt sort hul i centrum af Mælkevejen.
"Opdagelserne af dette års prisvindere har brudt ny vej i studiet af kompakte og supermassive objekter. Men disse eksotiske objekter stiller stadig mange spørgsmål, der beder om svar og motiverer fremtidig forskning. Ikke kun spørgsmål om deres indre struktur, men også spørgsmål om, hvordan man tester vores teori om tyngdekraft under de ekstreme forhold i umiddelbar nærhed af et sort hul", siger David Haviland, formand for Nobelkomiteen for Fysik.
Et gennembrud ud over Einstein
Ikke engang Albert Einstein, faderen til den generelle relativitetsteori, troede, at sorte huller faktisk kunne eksistere. Imidlertid, ti år efter Einsteins død, den britiske teoretiker Roger Penrose demonstrerede, at sorte huller kan dannes og beskrev deres egenskaber. I deres hjerte, sorte huller skjuler en singularitet, en grænse, hvor alle de kendte naturlove brydes ned.
For at bevise, at dannelse af sorte hul er en stabil proces, Penrose havde brug for at udvide de metoder, der blev brugt til at studere relativitetsteorien – at tackle teoriens problemer med nye matematiske begreber. Penroses banebrydende artikel blev offentliggjort i januar 1965 og betragtes stadig som det vigtigste bidrag til den generelle relativitetsteori siden Einstein.
Tyngdekraften holder universet i sit greb
Sorte huller er måske den mærkeligste konsekvens af den generelle relativitetsteori. Da Albert Einstein præsenterede sin teori i november 1915, det ændrede alle de tidligere begreber om rum og tid. Teorien gav et helt nyt grundlag for at forstå tyngdekraften, som former universet i den største skala. Siden da, denne teori har givet grundlag for alle studier af universet, og har også en praktisk brug i et af vores mest almindelige navigationsværktøjer, GPS'en.
Einsteins teori beskriver, hvordan alt og alle i universet holdes i gravitationens greb. Tyngdekraften holder os på jorden, den styrer planeternes kredsløb omkring Solen og Solens kredsløb omkring Mælkevejens centrum. Det fører til fødslen af stjerner fra interstellare skyer, og til sidst deres død i et gravitationssammenbrud. Gravitation bringer form til rummet og påvirker tidens gang. En tung masse bøjer rummet og bremser tiden; en ekstrem tung masse kan endda afskære og indkapsle et stykke rum - og danne et sort hul.
Den første teoretiske beskrivelse af det, vi nu kalder et sort hul, kom blot få uger efter offentliggørelsen af den generelle relativitetsteori. På trods af teoriens ekstremt komplicerede matematiske ligninger, den tyske astrofysiker Karl Schwarzschild var i stand til at give Einstein en løsning, der beskrev, hvordan tunge masser kan bøje rum og tid.
Senere undersøgelser viste, at når der først er dannet et sort hul, den er omgivet af en begivenhedshorisont, der stryger rundt om massen i dens centrum som et slør. Det sorte hul forbliver for evigt skjult i dets begivenhedshorisont. Jo større masse, jo større er det sorte hul og dets horisont. For en masse svarende til Solen, begivenhedshorisonten har en diameter på næsten tre kilometer og, for en masse som Jordens, dens diameter er kun ni millimeter.
En løsning ud over perfektion
Begrebet 'det sorte hul' har fundet ny betydning i mange former for kulturelle udtryk, men for fysikere, sorte huller er det naturlige endepunkt for gigantiske stjerners udvikling. Den første beregning af det dramatiske sammenbrud af en massiv stjerne blev lavet i slutningen af 1930'erne, af fysiker Robert Oppenheimer, som senere ledede Manhattan-projektet, der konstruerede den første atombombe. Når kæmpestjerner, mange gange tungere end Solen, løber tør for brændstof, de eksploderer først som supernovaer og kollapser derefter til ekstremt tætpakkede rester, så tung, at tyngdekraften trækker alt ind, endda lys.
Ideen om 'mørke stjerner' blev betragtet så længe siden som i slutningen af det 18. århundrede, i værker af den britiske filosof og matematiker John Michell og den anerkendte franske videnskabsmand Pierre Simon de Laplace. Begge havde ræsonneret, at himmellegemer kunne blive så tætte, at de ville være usynlige - ikke engang lysets hastighed ville være hurtig nok til at undslippe deres tyngdekraft.
Lidt mere end et århundrede senere, da Albert Einstein offentliggjorde sin generelle relativitetsteori, nogle af løsningerne på teoriens notorisk svære ligninger beskrev netop sådanne mørke stjerner. Frem til 1960'erne, disse løsninger blev betragtet som rent teoretiske spekulationer, beskriver ideelle situationer, hvor stjerner og deres sorte huller var perfekt runde og symmetriske. Men intet i universet er perfekt, og Roger Penrose var den første til at finde en realistisk løsning for alt kollapsende stof, med sine toner, fordybninger og naturlige ufuldkommenheder.
Mysteriet med kvasarer
Spørgsmålet om eksistensen af sorte huller dukkede op igen i 1963, med opdagelsen af kvasarer, de lyseste objekter i universet. I næsten et årti, astronomer var blevet forundret over radiostråler fra mystiske kilder, såsom 3C273 i stjernebilledet Jomfruen. Strålingen i synligt lys afslørede endelig sin sande placering - 3C273 er så langt væk, at strålerne rejser mod Jorden i over en milliard år.
Hvis lyskilden er så langt væk, den skal have en intensitet svarende til lyset fra flere hundrede galakser. Den fik navnet 'quasar'. Astronomer fandt hurtigt kvasarer, der var så fjerne, at de havde udsendt deres stråling i universets tidlige barndom. Hvor kommer denne utrolige stråling fra? Der er kun én måde at opnå så meget energi inden for det begrænsede volumen af en kvasar - fra stof, der falder ned i et massivt sort hul.
Fangede overflader løste gåden
Om sorte huller kunne dannes under realistiske forhold var et spørgsmål, der undrede Roger Penrose. Svaret, som han senere huskede, dukkede op i efteråret 1964 under en gåtur med en kollega i London, hvor Penrose var professor i matematik ved Birkbeck College. Da de holdt op med at tale et øjeblik for at krydse en sidegade, en idé kom ind i hans sind. Senere samme eftermiddag, han søgte efter det i sin hukommelse. denne idé, som han kaldte fangede overflader, var nøglen han ubevidst havde ledt efter, et afgørende matematisk værktøj, der skal til for at beskrive et sort hul.
En fanget overflade tvinger alle stråler til at pege mod et centrum, uanset om overfladen buer udad eller indad. Brug af fangede overflader, Penrose var i stand til at bevise, at et sort hul altid skjuler en singularitet, en grænse, hvor tid og rum slutter. Dens tæthed er uendelig og, endnu, der er ingen teori for, hvordan man griber dette mærkeligste fænomen i fysik an.
Fangede overflader blev et centralt begreb i færdiggørelsen af Penroses bevis på singularitetsteoremet. De topologiske metoder, han introducerede, er nu uvurderlige i studiet af vores buede univers.
En ensrettet gade til tidens ende
Når først stoffet begynder at kollapse, og en fanget overflade dannes, intet kan forhindre kollapset i at fortsætte. Der er ingen vej tilbage, som i historien fortalt af fysikeren og nobelpristageren Subrahmanyan Chandrasekhar, fra sin barndom i Indien. Historien handler om guldsmede og deres larver, som lever under vandet. Når en larve er klar til at folde sine vinger ud, den lover, at den vil fortælle sine venner, hvordan livet er på den anden side af vandoverfladen. Men når først larven passerer gennem overfladen og flyver væk som en guldsmede, der er ingen tilbagevenden. Larverne i vandet vil aldrig høre historien om livet på den anden side.
Tilsvarende alt stof kan kun krydse et sort huls begivenhedshorisont i én retning. Tiden erstatter så rummet og alle mulige veje peger indad, strømmen af tid, der fører alt mod en uundgåelig ende ved singulariteten. Du vil ikke mærke noget, hvis du falder gennem begivenhedshorisonten af et supermassivt sort hul. Udefra, ingen kan se dig falde i, og din rejse mod horisonten fortsætter for evigt. At kigge ind i et sort hul er ikke muligt inden for fysikkens love; sorte huller gemmer alle deres hemmeligheder bag deres begivenhedshorisonter.
Sorte huller styrer stjernernes veje
Selvom vi ikke kan se det sorte hul, det er muligt at fastslå dens egenskaber ved at observere, hvordan dens kolossale tyngdekraft styrer de omgivende stjerners bevægelser.
Reinhard Genzel og Andrea Ghez leder hver især separate forskningsgrupper, der udforsker centrum af vores galakse, Mælkevejen. Formet som en flad skive omkring 100, 000 lysår på tværs, den består af gas og støv og et par hundrede milliarder stjerner; en af disse stjerner er vores sol. Fra vores udsigtspunkt på jorden, enorme skyer af interstellar gas og støv skjuler det meste af det synlige lys, der kommer fra galaksens centrum. Infrarøde teleskoper og radioteknologi var det, der først gjorde det muligt for astronomer at se gennem galaksens skive og afbilde stjernerne i midten.
Ved at bruge stjernernes kredsløb som guider, Genzel og Ghez har fremlagt de mest overbevisende beviser til dato, at der gemmer sig et usynligt supermassivt objekt der. Et sort hul er den eneste mulige forklaring.
Fokus på centrum
I mere end halvtreds år, fysikere har mistænkt, at der kan være et sort hul i midten af Mælkevejen. Lige siden kvasarer blev opdaget i begyndelsen af 1960'erne, fysikere ræsonnerede, at supermassive sorte huller kan findes inde i de fleste store galakser, inklusive Mælkevejen. Imidlertid, ingen kan i øjeblikket forklare, hvordan galakserne og deres sorte huller, mellem et par millioner og mange milliarder solmasser, blev dannet.
For hundrede år siden, den amerikanske astronom Harlow Shapley var den første til at identificere Mælkevejens centrum, i retning af stjernebilledet Skytten. Med senere observationer fandt astronomer en stærk kilde til radiobølger der, som fik navnet Skytten A*. Mod slutningen af 1960'erne, det blev klart, at Skytten A* indtager centrum af Mælkevejen, som alle stjerner i galaksen kredser om.
Det var først i 1990'erne, at større teleskoper og bedre udstyr tillod mere systematiske undersøgelser af Skytten A*. Reinhard Genzel og Andrea Ghez startede hver især projekter for at forsøge at se gennem støvskyerne til hjertet af Mælkevejen. Sammen med deres forskningsgrupper, de udviklede og forfinede deres teknikker, bygge unikke instrumenter og forpligte sig til langsigtet forskning.
Kun verdens største teleskoper vil være nok til at se på fjerne stjerner - jo større jo bedre er det absolut sandt i astronomi. Den tyske astronom Reinhard Genzel og hans gruppe brugte oprindeligt NTT, New Technology Telescope på La Silla-bjerget i Chile. De flyttede til sidst deres observationer til Very Large Telescope-anlægget, VLT, på Paranal-bjerget (også i Chile). Med fire gigantiske teleskoper dobbelt så store som NTT, VLT har verdens største monolitiske spejle, hver med en diameter på mere end 8 meter.
I USA, Andrea Ghez og hendes forskerhold bruger Keck Observatory, beliggende på det hawaiiske bjerg Mauna Kea. Dens spejle er næsten 10 meter i diameter og er i øjeblikket blandt de største i verden. Hvert spejl er som en honningkage, bestående af 36 sekskantede segmenter, der kan styres separat for bedre at fokusere stjernelyset.
Stjernerne viser vejen
Hvor store teleskoperne end er, der er altid en grænse for den detalje, de kan løse, fordi vi bor på bunden af et næsten 100 kilometer dybt atmosfærisk hav. Store luftbobler over teleskopet, som er varmere eller koldere end deres omgivelser, fungere som linser og bryde lyset på vej til teleskopets spejl, forvrængning af lysbølgerne. Det er derfor, stjernerne blinker, og også derfor, at deres billeder er slørede.
Fremkomsten af adaptiv optik var afgørende for at forbedre observationer. Teleskoperne er nu udstyret med et tyndt ekstra spejl, der kompenserer for luftens turbulens og korrigerer det forvrængede billede.
I næsten tredive år, Reinhard Genzel og Andrea Ghez har fulgt deres stjerner i det fjerne stjernevirvar i midten af vores galakse. De fortsætter med at udvikle og forfine teknologien, med mere følsomme digitale lyssensorer og bedre adaptiv optik, så billedopløsningen er blevet mere end tusind gange forbedret. De er nu i stand til mere præcist at bestemme stjernernes positioner, efter dem nat for nat.
Forskerne sporer omkring tredive af de klareste stjerner i mængden. Stjernerne bevæger sig hurtigst inden for en radius af en lysmåned fra centrum, inden i hvilken de udfører en travl dans som en bisværm. Stjernerne, der er uden for dette område, på den anden side, følge deres elliptiske baner på en mere velordnet måde.
En stjerne, kaldet S2 eller S-O2, fuldfører et kredsløb om galaksens centrum på mindre end 16 år. Det er meget kort tid, så astronomerne var i stand til at kortlægge hele dens bane. Vi kan sammenligne dette med Solen, som tager mere end 200 millioner år at gennemføre en omgang rundt om Mælkevejens centrum; dinosaurer vandrede rundt på jorden, da vi startede vores nuværende omgang.
Teori og observationer følger hinanden
Overensstemmelsen mellem målingerne fra de to hold var fremragende, fører til den konklusion, at det sorte hul i centrum af vores galakse skulle svare til omkring 4 millioner solmasser, pakket ind i et område på størrelse med vores solsystem.
Vi kan snart få et direkte kig på Skytten A*. Dette er det næste på listen, fordi for lidt over et år siden, Event Horizon Telescope astronomi-netværket lykkedes med at afbilde de nærmeste omgivelser i et supermassivt sort hul. Længst inde, i galaksen kendt som Messier 87 (M87), 55 millioner lysår fra os, er et sortere end sort øje omgivet af en ring af ild.
Den sorte kerne i M87 er gigantisk, mere end tusind gange tungere end Skytten A*. De kolliderende sorte huller, der forårsagede de nyligt opdagede gravitationsbølger, var betydeligt lettere. Som sorte huller, gravitationsbølger eksisterede kun som beregninger fra Einsteins generelle relativitetsteori, før de blev fanget første gang i efteråret 2015, af LIGO-detektoren i USA (Nobelprisen i fysik, 2017).
Hvad ved vi ikke
Roger Penrose viste, at sorte huller er en direkte konsekvens af den generelle relativitetsteori, men i singularitetens uendeligt stærke tyngdekraft, denne teori holder op med at gælde. Der udføres intensivt arbejde inden for teoretisk fysik for at skabe en ny teori om kvantetyngdekraften. Dette skal forene fysikkens to søjler, relativitetsteori og kvantemekanik, som mødes i det ekstreme indre af sorte huller.
På samme tid, observationer kommer tættere på sorte huller. Reinhard Genzels og Andrea Ghez' banebrydende arbejde har ført an for nye generationer af præcise test af den generelle relativitetsteori og dens mest bizarre forudsigelser. Højst sandsynlig, disse målinger vil også kunne give ledetråde til ny teoretisk indsigt. Universet har mange hemmeligheder og overraskelser tilbage at blive opdaget.
© 2020 The Associated Press. Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omfordelt uden tilladelse.