Första bilden av ett svart hål

Event Horizon Telescope (EHT) länkar samman teleskop runt hela jorden för att skapa ett virtuellt teleskop lika stort som planeten. Med nätverket av teleskop har forskarna fått ett nytt sätt att studera de extrema objekt i universum som Einsteins allmänna relativitetsteori kunde förutspå, hundra år efter experimentet som först bekräftade teorin.

Svarta hål är extrema astronomiska objekt med enorma massor samlade i mycket små områden. De påverkar sin omgivning på fundamentala sätt genom att förvrida rumtiden och hetta upp omgivande material till extremt höga temperaturer.

– Om det svarta hålet är inbäddat i ett ljust område, som en skiva med lysande gas, förväntar vi oss att det svarta hålet ger upphov till en slags en skugga. Fenomenet förutsades av Einsteins allmänna relativitetsteori men har aldrig tidigare observerats, förklarade styrelseordföranden för EHT:s vetenskapliga råd, Heino Falke vid Radbouduniversitetet i Nederländerna. Denna skugga skapas när händelsehorisonten böjer och fångar in ljusstrålarna genom sin enorma gravitation. Det ger oss möjlighet att avslöja egenskaperna hos dessa fascinerande objekt och mäta deras massor, fortsätter Heino Falke.

Skuggan avslöjar svart hål

Skuggan av ett svart hål är det närmaste vi kan komma det svarta hålet självt, ett kolsvart objekt som inte ens ljuset kan lämna. Det svarta hålets gräns, händelsehorisonten, som också har gett EHT dess namn – är omkring 2,5 gånger mindre än sin skugga och mäter knappt 40 miljarder kilometer tvärs över. Detta kan låta stort, men motsvarar bara 40 mikrobågsekunder på himlen – längden av ett kreditkort sett på månens yta.

Även om radioteleskopen som bygger upp EHT inte är fysiskt sammankopplade kan man synkronisera den data de samlar in med hjälp av atomklockor, så kallade vätemasrar. Observationerna av det svarta hålet samlades in under 2017 vid våglängden 1,3 millimeter. Vardera av de ingående teleskopen samlade in en enorm mängd data, cirka 350 terabyte per dygn, som sparades på heliumfyllda hårddiskar. Diskarna flögs sedan till superdatorer – så kallade korrelatorer – vid Max Planckinstitutet för radioastronomi och MIT Haystack Observatory för att kombineras och sammanställas till en bild.

Analysen och kalibreringen av data från det internationella projektet avslöjade en ringformad struktur med ett mörkt centrum – det svarta hålets skugga. Denna struktur detekterades under många oberoende EHT-observationer.

– När vi var säkra på att vi hade fångat skuggan jämförde vi dess egenskaper med vårt stora arkiv av datormodeller som inkluderar fysiken bakom krökt rumtid, superhet materia och starka magnetfält. Många av detaljerna i bilden stämmer förvånansvärt väl med vår teoretiska förståelse. Detta gör att vi känner oss säkra på tolkningen av resultaten, inklusive uppskattningen av det svarta hålets massa, säger Paul T.P. Ho, EHT-ledamot och chef för East Asian Observatory.

Synkroniserade teleskop över hela jorden

Teleskopen som ingår i EHT är belägna vid ett flertal höghöjdsobservatorier på Hawaii och i Mexico, Arizona, Spanien, Chile och Antarktis.

Vid observationerna användes en teknik som kallas långbasinterferometri eller VLBI (Very Long Baseline Interferometry) för att synkronisera teleskopen och utnyttja jordens rotation för att skapa ett planetomfattande radioteleskop. Observationerna gjordes vid våglängden 1,3 mm vilket innebär att vinkelupplösningen är 20 mikrobågsekunder. Med denna upplösning skulle man kunna läsa en dagstidning i New York från ett kafé i Paris.

– Dessa resultat är otroligt spännande. Men de är bara början på vad jag tror kommer att bli ett fantastiskt äventyr när det gäller att avbilda svarta hål menar John Conway, professor i radioastronomi vid Chalmers och föreståndare för Onsala rymdobservatorium.

Nu planeras nästa steg – att gå till högre frekvenser, från 230 GHz till 360 GHz. Vid Chalmers, Onsala rymdobservatorium och dess grupp för avancerad mottagarutveckling GARD utvecklas mottagare och frekvensblandare för dessa frekvenser.

Artikel

First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole, The Astrophysical Journal Letters