I april 2019 gjorde Event Horizon Telescope samarbeidshistorie historie da den ga ut det første bildet av et svart hull som noen gang er tatt. Denne bragden var flere tiår i gang og utløste et internasjonalt mediesirkus. Bildet var et resultat av en teknikk kjent som interferometri, der observatorier over hele verden kombinerte lys fra teleskopene for å lage et sammensatt bilde.
Dette bildet viste hva astrofysikere har spådd i lang tid, at ekstrem gravitasjonsbøyning får fotoner til å falle inn rundt hendelseshorisonten, noe som bidrar til de lyse ringene som omgir dem. Forrige uke, 18. mars, kunngjorde et team av forskere fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) ny forskning som viser hvordan bilder av svart hull kan avsløre en intrikat underbygning i dem.
Studien som beskriver funnene deres, med tittelen “Universal interferometriske signaturer av et svart hulls fotonring”, dukket nylig opp i tidsskriftet Vitenskapelige fremskritt. Teamet ble ledet av Michael Johnson, en astrofysiker ved CfA, og induserte medlemmer fra Harvards Black Hole Initiative (BHI), Los Alamos National Laboratory, Princeton Center for Theoretical Science og flere universiteter.
Som Johnson forklarte i en fersk pressemelding fra CfA:
“Bildet av et svart hull inneholder faktisk en nestet serie ringer. Hver påfølgende ring har omtrent samme diameter, men blir stadig skarpere fordi lyset kretset rundt det sorte hullet flere ganger før den når observatøren. Med det nåværende EHT-bildet har vi bare fått et glimt av den fulle kompleksiteten som bør dukke opp i bildet av ethvert svart hull. ”
Som loven om generell relativitet forteller oss, endrer gravitasjonsfelt krumningen av romtiden. Når det gjelder et svart hull, er effekten ekstrem og får jevn lys (fotoner) til å strømme rundt seg. Disse fotonene kaster en skygge på den lyse ringen av innfallende gass og støv som akselereres til relativistiske hastigheter av det sorte hullets tyngdekraft.
Rundt dette skyggefulle området er en "fotonring" produsert av fotoner som er konsentrert av den sterke tyngdekraften nær det sorte hullet. Denne ringen kan fortelle astronomer mye om et svart hull siden dets størrelse og form avslører massen og rotasjonen (aka. "Spin") av det sorte hullet. På grunn av EHT-bildene har forskere i svart hull nå et verktøy for å studere sorte hull.
Siden 1950-tallet har astronomer lært mye om dem ved å studere effekten de har på omgivelsene. Studien av sorte hull har med andre ord vært indirekte og teoretisk. Men med muligheten til å ta bilder av disse himmelobjektene, kan astronomer endelig studere dem direkte og skaffe seg virkelige data.
George Wong, en doktorgradsstudent ved fysikk ved University of Illinois i Urbana-Champaign, var ansvarlig for å utvikle programvare for å produsere simulerte sorte hullbilder. Denne programvaren er det som tillot å beregne bilder som hadde den høyeste oppløsningen hittil, og la teamet deres til å dekomponere dem til den forutsagte serien med underbilder. Som Wong antydet:
”Å samle eksperter fra forskjellige felt gjorde det mulig for oss å virkelig koble en teoretisk forståelse av fotonringen til det som er mulig med observasjon. Det som startet da klassiske beregninger av blyant-og-papir fikk oss til å presse simuleringene til nye grenser. ”
Det som imidlertid var spesielt overraskende for forskerne, var hvordan underbygningen avslørt av svart hullbildet skaper nye muligheter for forskning. Mens subringsene de avslørte er normalt usynlige for det blotte øye på bilder, produserer de veldig tydelige signaler når de blir observert av matriser av teleskoper ved bruk av interferometri.
Dette gir astronomer en relativt enkel måte å utvide arbeidet til nå utført av EHT-samarbeidet. "Selv om det å ta bilder av svart hull normalt krever mange distribuerte teleskoper, er subringsene perfekte å studere med bare to teleskoper som er veldig langt fra hverandre," sa Johnson. "Å legge ett romteleskop til EHT ville være nok."
Områdene astronomi og astrofysikk har opplevd flere revolusjoner de siste årene. Mellom de første observasjonene av interstellare gjenstander, bekreftelsen av gravitasjonsbølger og de første direkte observasjonene av et svart hull. Disse første har muliggjort forskning som lover å låse opp en rekke varige mysterier om kosmos.
Teamets forskning ble delvis muliggjort av tilskudd utstedt av NASA, National Science Foundation (NSF), Department of Energy (DoE) og flere vitenskapelige og forskningsstiftelser.
