Black Hole eller Cat's Eye? Slik fotografer forskere sorte hull

Onsdag 10. april 2019 Event Horizon Telescope (EHT) ga ut det første bildet av en svart hull eller sorte hull, for å være nøyaktig det sorte hullet i sentrum av spiralgalaksen M87, som er omtrent 53 millioner lysår fra jorden.

For en forklaring på hva hull er og hvordan de kan dannes, les her og her.

Kort tid etter at bildet ble utgitt, trodde mange at bildet lignet en smultring, sauronens øye, helt opp til kattens øye. Selv i dag er det mange memer spredt i cyberspace som sier det samme.

Så er det virkelig et svart hull eller et katteøye? La oss finne det ut!

Kort sagt, vi kan ikke. Fordi sorte hull ikke avgir eller reflekterer energi i noen form, og ingenting (til og med lys) kan komme ut av det sorte hullet for å bli oppdaget fra jorden. Imidlertid kan eksistensen av sorte hull oppdages gjennom innflytelsen av deres gravitasjonsfelt på andre himmellegemer.

Betydning gårsdagens bilde Bløff vær så snill!

Vent, vent litt. Ikke gå til konklusjoner. Det er i utgangspunktet et svart hull usynlig. Men når et objekt, som en stjerne, er nær nok til det svarte hullets begivenhetshorisont, vil den stjernen oppleve det tidevannsforstyrrelse hendelse. Det er et fenomen der stjernen blir ødelagt på grunn av de enorme tidevannskreftene.

Når materialet som utgjør disse stjernene faller ned i det svarte hullet, vil de danne noe som kalles tilvekstdisk, eller jeg foretrekker å kalle det en svart hullring.

Saken i det sorte hullets ring vil bane rundt det sorte hullet før den til slutt mister gravitasjonsenergien og faller spist svart hull. Disse materialene vil gni mot hverandre slik at temperaturen øker og avgir elektromagnetiske bølger i forskjellige bølgelengder. Det er det som lar oss observere sorte hull visuelt.

Event Horizon Telescope (EHT) er et internasjonalt prosjekt som tar sikte på å observere miljøet rundt det supermassive sorte hullet Skytten A * og det supermassive sorte hullet i sentrum av galaksen M87. EHT består av 10 radioteleskoper som er spredt på flere steder på jorden og er koblet til hverandre for å skape en virtuelt teleskop omtrent på størrelse med jorden.

EHT bruker interferometriske metoder for å skaffe bilder av sorte hull. Alle de tilsvarende dataene som samles inn av hvert teleskop vil bli kombinert for å gi et interferensmønster. Forstyrrelsesmønsteret inneholder informasjon om det svarte hullet som observeres.

Imidlertid, fordi antallet teleskoper som samler inn data fremdeles er relativt lite og ikke er jevnt fordelt over jordoverflaten, blir mye informasjon ikke observert. Av denne grunn har EHT utviklet en algoritme som kan fylle informasjonshullene.

Kort fortalt er måten algoritmen fungerer på å interpolere og ekstrapolere data basert på mønstre dannet fra dataene som er samlet inn. Deretter behandler algoritmen dataene for å bli ett bilde.

Imidlertid er det mange mulige bilder som kan genereres av algoritmen basert på de innsamlede dataene. Igjen, dette er fordi innsamlede data fremdeles er relativt små. Velg derfor en (eller en gruppe) av de beste bildene som ser mer fornuftige ut. Det som er fornuftig her er at formen på bildet tilnærmer seg formen som matematiske modeller forutsier.

Så det er slik vi kan fotografere sorte hull.

Så det er vel ikke noe kattøye?

Yups. Men for å forstå bildet bedre, må vi kjenne delene av et svart hull.

Et svart hull er ikke et hull. Det er et objekt med en uendelig tetthet som kalles singularitet. Det kalles en singularitet fordi objektet bare er ett punkt i rommet (et eneste punkt i rommet) som ikke har noe volum.

Rundt singulariteten er det områder som kalles begivenhetshorisont eller begivenhetshorisont. Dette området er det som gir et svart hull egenskapene til et svart hull. Dette skjer fordi inne i begivenhetshorisonten er gravitasjonsfeltet til et svart hull veldig stort, og ikke engang lys kan unnslippe tyngdekraften. Det er derfor sorte hull er svarte. Radiusen til hendelseshorisonten kalles Schwarzschild Radius.

Så er det tilvekstdisk eller sorte hullringer som tidligere er beskrevet. Denne delen er det som avgir mange elektromagnetiske bølger slik at vi kan fotografere sorte hull. Sorte hullringer kretser i en viss avstand fra singulariteten og blir referert til som innerste stabile sirkulære bane (ISCO) radius. For et ikke-roterende svart hull er ISCO-radiusen tre ganger radiusen av hendelseshorisonten.

En annen er foton sfære, som er omtrent 1,5 ganger radiusen til begivenhetshorisonten. Dette er et område der fotoner kan bane et svart hull! Tenk om du var i dette området, så kunne du se baksiden av din egen kropp! Så fantastisk! (Men ikke prøv deg)

Se nå på bildet av det sorte hullet (svart hull) M87 igjen. Det er en mørk del i midten og en lys del som omgir den mørke delen. I den mørke delen er det en unikhet som er midt i midten og begivenhetshorisonten som omgir den, og den lyse delen er en ring med sorte hull og en liten del foton sfære.

Vel, nå er det klart at bildet virkelig er et svart hulls bilde og ikke et kattesøyfoto, sauronens øye, eller smultringer.

Vær nysgjerrig, fyrene!

Henvisning

• Event Horizon Telescope: Science
• Svart hull
• Hvordan tar vi bilder av svart hull?
• Tidevannsforstyrrelse