Site Overlay

De flesta bilder av svarta hål är illustrationer. Här är vad våra teleskop faktiskt fångar.

Uppdatering: I april 2019 publicerade forskare den första bilden någonsin av ett svart hål. Du kan se den här och lära dig mer om hur denna historiska bild togs.

Omfattligt täta, djupa och kraftfulla svarta hål avslöjar fysikens gränser. Ingenting kan undkomma ett sådant, inte ens ljus.

Även om svarta hål väcker fantasin som få andra begrepp inom vetenskapen, är sanningen den att ingen astronom faktiskt har sett ett sådant. Vi har så att säga ”hört” dem, eftersom forskare har registrerat gravitationsvågor (bokstavliga krusningar i rymdtiden) som utgår från svarta hål som kolliderade med varandra för miljarder år sedan.

Men alla bilder som du har sett av en mörk massa som förvränger rymdtiden … ja, det är bara en illustration. Som det här:

NASA/Goddard

Detta kan snart förändras. Den 10 april kommer ett samarbete som kallas Event Horizon Telescope att tillkännage resultaten av ett försök att fånga en bild av det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax. National Science Foundation beskriver resultaten som ”banbrytande”. Och om en bild tas fram kommer det att vara en anmärkningsvärd prestation. För hur massiva svarta hål än är så är de faktiskt otroligt svåra att se på nära håll.

Varför ingen astronom någonsin har sett ett svart hål med ett teleskop

Svarta hål föds när massiva stjärnor kollapsar in i sig själva och skapar en region med en så intensiv gravitation att inte ens ljus kan undkomma dess grepp. Astronomer spekulerar också i att vissa svarta hål kan ha bildats i det tidiga kaotiska universum efter Big Bang.

Det största problemet med att försöka se ett svart hål är att till och med de supermassiva hålen (med en massa som är miljontals gånger tyngre än vår sol) är relativt små.

”Det största på himlen är det svarta hålet i Vintergatans centrum”, förklarade Dimitrios Psaltis, astrofysiker vid Arizonas universitet, i ett mejl. ”Och att ta en bild av det skulle motsvara att ta en bild av en DVD på månens yta.”

På grund av sin starka gravitation tenderar svarta hål dessutom att vara omgivna av annan ljusstark materia som gör det svårt att se själva objektet.

Det är därför som astronomer när de letar efter svarta hål vanligtvis inte försöker göra direkta observationer. I stället letar de efter bevis för effekterna av ett svart håls gravitation och strålning.

”Vanligtvis mäter vi banorna för stjärnor och gas som verkar kretsa kring mycket mörka ”fläckar” på himlen och mäter hur mycket massa som finns i den mörka fläcken”, säger Psaltis. ”Om vi inte känner till något annat astrofysiskt objekt som kan vara så massivt och så mörkt som det vi just har mätt, betraktar vi det som ett mycket starkt bevis för att det finns ett svart hål där.”

Vi har dock indirekta bilder av svarta hål

Några av de bästa indirekta bilderna av svarta hål kommer från Chandra X-ray Observatory. ”Friktionen och de höga hastigheterna hos material som bildas ur ett svart hål ger naturligtvis upphov till röntgenstrålning”, säger Peter Edmonds, astrofysiker och kommunikationsspecialist vid NASA som arbetar med Chandra. Och Chandra är ett rymdteleskop som är särskilt utformat för att se dessa röntgenstrålar.

Chandra-observatoriet har till exempel dokumenterat dessa röntgenstrålar som härrör från sammanslagningen av två galaxer på cirka 26 miljoner ljusårs avstånd. Astrofysikerna misstänker att dessa burps kom från ett massivt svart hål:

På samma sätt är de fuchsiafärgade klumparna på den här bilden områden med intensiv röntgenstrålning, som tros vara svarta hål som bildades när två galaxer (de blå och rosa ringarna) kolliderade:

Röntgenstrålning: NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optisk: NASA/STScI

Här är röntgenstrålning och ljudvågor som kommer från den centrala regionen av galaxklustret Perseus – fler indirekta bevis för ett svart hål:

Och i den här GIF:n såg Chandra-teleskopet ett stort röntgenljus som kom från det svarta hålet som misstänks ligga i centrum av Vintergatans galax.

NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

Och här är en inzoomad bild av detta röntgenutbrott.

En inzoomad bild av röntgenutbrottet från Vintergatans centrum.

Det kan till och med finnas så många som 20 000 mindre svarta hål som omger det massiva svarta hålet i vår galaxs centrum.

Nyligen hittade ett forskarlag bevis för att det finns ett dussin svarta hål inom tre ljusår från galaktiska centrum. I följande röntgenbild är de markerade med blått.

Nature

Svarta hål släpper bara ut röntgenstrålning när de förbrukar materia (t.ex. från en grannstjärna). Men dessa glupska svarta hål är faktiskt ganska sällsynta. Oftare är det så att svarta hål förblir oupptäckbara. Men det faktum att forskarna kunde hitta det här dussinet ”ljusa” svarta hål tyder på att det finns tiotusentals fler i den här regionen.

Vi kan se hur svarta hål spottar ut massiva strålar av materia i universum

Den här sammansatta bilden (som kombinerar data från Hubble och ett radioteleskop) visar hur energi- och materiastrålar slungas ut ur centrum av Herkules A-galaxen. Dessa jetstrålar skjuter ut med nästan ljusets hastighet, vilket visar på de svarta hålens enorma destruktiva kraft.

NASA/Hubble

Denna nästa bild visar massiva jetstrålar som tros driva bort från det svarta hålet i centrum av Centaurus A, en galax 13 miljoner ljusår bort. Jetstrålarna är längre än själva galaxen.

ESO/WFI (synlig); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (mikrovågsstrålning); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (röntgenstrålning)

Astronomer har observerat stjärnor som kretsar kring uppenbara svarta hål

Vi kan inte se ett svart hål. Men vi kan observera effekterna av ett svart håls extrema gravitation på föremålen runt omkring det. Här är en mycket häftig illustration av detta.

Du tittar på 20 års data om de stjärnor som lever nära det supermassiva svarta hålet i Vintergatans centrum, som kallas Sagittarius A* (om man säger det högt är det ”Sagittarius A-star”). Och ja, stjärnor – vissa många gånger mer massiva än vår sol – kretsar runt det.

Här är en annan titt på samma fenomen. Den här videon innehåller 16 års observationer från European Southern Observatory, eller ESO. Detta är ingen animation – det är riktiga bilder av stjärnor som har snabbats upp med en faktor 32 miljoner. Se dem dansa runt ett mystiskt tomt centrum.

ESO/MPE

Stjärnan S2, som är markerad i den första videon med en gul linje, är cirka 15 gånger så massiv som vår sol. Det är stort. Men det är ingenting jämfört med det svarta hålet, som beräknas vara cirka 4 miljoner gånger mer massivt än vår sol. Den gravitation som det producerar piskar S2:s bana till cirka 11 miljoner miles i timmen, vilket är ungefär 200 gånger så snabbt som jorden kretsar runt solen. S2 fullbordar en omloppsbana på cirka 16 jordår. Nyligen såg astronomer S2 passera förbi Sagittarius A* med en hastighet på mer än 15,5 miljoner kilometer i timmen. Det är mer än 4 300 mil varje sekund, eller nästan 3 procent av ljusets hastighet. (Observationen bevisade återigen att Einsteins gravitationsteori är korrekt.)

Vi har inte direkt observerat detta svarta hål, men forskare misstänker att det finns där. ”Dessa banor, och en enkel tillämpning av Keplers lagar, ger det bästa beviset hittills för ett supermassivt svart hål, som har en massa på 4 miljoner gånger solens massa”, förklarar UCLA:s Galactic Center Group, som producerade animationen.

Redan nyligen fick forskarna sitt bästa bevis hittills för att Sagittarius A* verkligen är ett supermassivt svart hål. Ungefär samtidigt som stjärna S2 passerade det svarta hålet på nära håll bevittnade ESO-astronomer korta, kraftiga gasutbrott som kom ut ur något som kallas ackretionsskivan. Detta är den region som omger det svarta hålet där materia slits i bitar av den intensiva gravitationen men inte har fallit in i det svarta hålet.

Närmare beräkningar visade att dessa utbrott rörde sig med cirka 30 procent av ljusets hastighet och kretsade runt det svarta hålet en gång var 45:e minut (med en enda omloppsbana som täcker cirka 150 miljoner mil). Inget annat än ett supermassivt svart hål skulle kunna förklara en så våldsam och kraftfull rörelse. Observationerna, rapporterar ESO, ”stämmer exakt överens med teoretiska förutsägelser för heta fläckar som kretsar nära ett svart hål på fyra miljoner solmassor.”

Astronomerna misstänker dessutom att utbrottet befann sig mycket nära det svarta hålets kant – händelsehorisonten – bortom vilken inget ljus kan flyga.

Här kan du se en datorsimulering av hur gaserna kretsar kring det svarta hålet.

ESO/Gravity Consortium/L. Calçada

Vi kan inte se ett svart hål ännu. Men vi kan ”höra” dem kollidera.

När två svarta hål kolliderar släpper de loss en massiv våg av gravitation.

Såsom ljudvågor stör luften för att göra oljud, stör gravitationsvågor rymdtidens väv för att knuffa och dra till sig materia som om den existerade i en spegel i ett funkishus. Om en stor gravitationsvåg passerade genom dig skulle du se en av dina armar bli längre än den andra. Om du hade en klocka på varje handled skulle du se dem ticka ur synk.

När två svarta hål kolliderar släpper de loss en massiv gravitationsvåg. Men när de når jorden 1,4 miljarder år senare har dessa vågor blivit mycket svaga (ungefär som krusningarna från en sten som tappas i en damm mjuknar ju längre bort man kommer från stenen).

Men under de senaste åren har forskare kunnat lyssna på dessa krusningar med LIGO och VIRGO, enorma, globala experiment som kan upptäcka dessa små krusningar i rymdtiden.

Då de vågor som LIGO upptäcker har en frekvens som kan jämföras med det frekvensområde som vi kan höra, kan forskarna pumpa upp volymen och översätta dem till ljud. (Ja, det här är inte exakt hur det låter, utan snarare en ljudrepresentation av data. Och ja, händelsen skulle inte ha gjort något ljud i rymdens vakuum.)

Hör dem här.

Snart kan vi kanske se ett verkligt svart hål

Då det svarta hålet i mitten av vår galax, Sagittarius A*, är så förhållandevis litet och omgivet av så mycket täckande material, kommer det att krävas ett enormt teleskop för att se det. Enligt Nature skulle det krävas ett teleskop som är 1 000 gånger kraftfullare än Hubble för att få tillräcklig upplösning för att se det.

En internationell satsning kallad Event Horizon Telescope är ett försök att lösa detta problem. Konventionella optiska teleskop använder större och större speglar för att se objekt som är mindre och längre bort i universum. Event Horizon-teleskopet gör något liknande: det skapar ett virtuellt teleskop som är lika stort som hela jorden.

I april 2017 kopplade Event Horizon-teamet ihop radioteleskop på flera platser runt om i världen – så avlägsna som Hawaii och Sydpolen – och instruerade dem alla att titta mot Sagittarius A* under några dagar. Nätverket är resultatet av ett internationellt samarbete mellan 14 forskningsinstitutioner över hela världen.

Tillsammans har dessa åtta teleskop kraften att ”räkna stygnen på en baseboll från 8 000 mils avstånd”, som MIT förklarar. Arenan genererade en så stor mängd data att det var effektivare att flyga data från vart och ett av teleskopen till en centraliserad plats än att överföra dem via internet.

I åratal har forskarna sammanställt alla dessa data. Förhoppningen är att den slutliga bilden ska visa händelsehorisonten, den gräns bortom vilken inget ljus kan fly. Händelsehorisonten kommer troligen att vara omgiven av en ackretionsskiva, en ljusstark, otroligt energirik ring av materia som virvlar runt det svarta hålet. Den kan se ut ungefär så här.

Hotaka Shiokawa / Event Horizon Telescope

Visa: Varför varje bild av ett svart hål är en illustration

Miljoner vänder sig till Vox för att förstå vad som händer i nyheterna. Vårt uppdrag har aldrig varit viktigare än i det här ögonblicket: att stärka genom att förstå. Ekonomiska bidrag från våra läsare är en viktig del av stödet till vårt resurskrävande arbete och hjälper oss att hålla vår journalistik gratis för alla. Hjälp oss att hålla vårt arbete fritt för alla genom att ge ett ekonomiskt bidrag från så lite som 3 dollar.

Vetenskap i vardagen

En forskare om det stora ansvaret att använda gammalt DNA för att skriva om mänsklighetens historia

Politik & Politik

Miami Beach inför ett utegångsförbud för vårlovet på grund av trängsel och oro för Covid-19

Naturkatastrofer

En 6,000 år gammal vilande isländsk vulkan fick just ett utbrott – och det är fantastiskt

Visa alla artiklar i Vetenskap & Hälsa

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.