Astronomer afslører det første billede af det sorte hul i hjertet af vores galakse

Supertunge sorte huller menes at befinde sig i centrum af de fleste galakser i universet, herunder vores egen galakse, Mælkevejen.

Nu fremviser en international forskergruppe for første gang nogensinde et billede af et sort hul i Mælkevejen. Forskerholdet hedder Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, og forskerne har anvendt observationer fra et verdensomspændende netværk af radioteleskoper.

-        Dette er en banebrydende præstation, som har været længe undervejs. Vi var i høj grad nødt til at udvikle nye værktøjer, for at projektet kunne lykkes fortæller Roman Gold, fysiker fra Syddansk Universitet, som ledede indsatsen for et af de fire billedteams (teamet THEMIS).

Det første synlige bevis

Forskerne havde tidligere set stjerner kredse om noget usynligt, kompakt og meget tungt i Mælkevejens centrum. Det tydede stærkt på, at objektet, der kaldes Sagittarius A* (eller Sgr A*), er et sort hul, og det nye billede er det første direkte synlige bevis herpå.

Selvom vi ikke kan se selve det sorte hul, fordi det er helt mørkt, viser glødende gas omkring hullet et afslørende tegn: et mørkt område i midten (kaldet en "skygge"), der er omgivet af en lysende, ringlignende struktur. Det nye billede fanger lyset, der er afbøjet af det sorte hul, som er fire millioner gange tungere end Solen, og som har en kraftig tyngdekraft.

-        Det er et enormt gennembrud og en fantastisk præstation endelig at opklare det massepunkt, der førte til Nobelprisen i fysik i 2020 for opdagelsen af et supertungt kompakt objekt i midten af vores galakse.  Med dette nye nærbillede kan vi se, at det virkelig ligner et sort hul, sådan som Einsteins teori forudsiger det, siger  Roman Gold.

Hvordan skaber man et sådant billede?

EHT-holdets resultater er offentliggjort i et særnummer af The Astrophysical Journal Letters. [link ved offentliggørelse]

Da det sorte hul er omkring 27.000 lysår fra Jorden, ser det ud til at have samme størrelse på himlen som en doughnut på Månen. For at afbilde det skabte holdet det meget kraftige EHT, som forbandt otte eksisterende radioteleskoper over hele kloden til et enkelt virtuelt teleskop i "jordstørrelse".

EHT observerede Sgr A* flere nætter i træk og indsamlede data i mange timer i træk, hvilket svarer til at bruge en lang eksponeringstid på et kamera. Gennembruddet følger efter EHT-samarbejdets offentliggørelse i 2019 af det første billede af et sort hul, kaldet M87*, der ligger i centrum af den mere fjerntliggende galakse Messier 87. De to sorte huller ligner hinanden påfaldende meget, selvom vores galakses sorte hul er mere end tusind gange mindre og lettere end M87*.

Gas i hurtig bevægelse

Denne præstation var betydelig vanskeligere end for M87*, selvom Sgr A* befinder sig meget tættere på os.

EHT-forskeren Chi-kwan Chan fra Steward Observatory og Department of Astronomy samt Data Science Institute på University of Arizona i USA forklarer:

-        Gassen i nærheden af de sorte huller bevæger sig med samme hastighed – næsten med lysets hastighed – omkring både Sgr A* og M87*. Men hvor det tager dage til uger for gassen at kredse om den større M87*, er den i det meget mindre Sgr A* kun få minutter om at gennemføre et kredsløb. Det betyder, at lysstyrken og mønsteret i gassen omkring Sgr A* var under hastig forandring, mens EHT-samarbejdet observerede den – lidt ligesom at forsøge at tage et skarpt billede af en hvalp, der hurtigt jagter sin egen hale.

Har været nødt til at udvikle nye værktøjer

Forskerne måtte udvikle nye avancerede værktøjer, der tog højde for gasbevægelserne omkring Sgr A*. Mens M87* var et lettere og mere stabilt mål, hvor næsten alle billeder så ens ud, var det ikke tilfældet med Sgr A*.

Billedet af det sorte hul Sgr A* er et gennemsnit af de forskellige billeder, som holdet har taget, og som endelig for første gang afslører den kæmpe, der gemmer sig i midten af vores galakse.

Indsatsen blev muliggjort af den opfindsomhed, som mere end 300 forskere fra 80 institutter rundt om i verden, der tilsammen udgør EHT-samarbejdet, har udvist. Ud over at udvikle komplekse værktøjer til at overvinde udfordringerne ved at afbilde Sgr A* har holdet arbejdet hårdt i fem år og brugt supercomputere til at kombinere og analysere dataene, samtidig med at de har samlet et enestående bibliotek af simulerede sorte huller til sammenligning med observationerne.

EHTs arbejde fortsætter: En stor observationskampagne i marts 2022 omfattede flere teleskoper end nogensinde før. Den løbende udvidelse af EHT-netværket og betydelige teknologiske opgraderinger vil gøre det muligt for forskerne at dele endnu flere imponerende billeder og endda film af sorte huller i den nærmeste fremtid.