Pressmeddelande

Astronomer tar den första bilden av ett svart hål

ESO:s ALMA och APEX bidrar till banbrytande observationer av det jättelika svarta hålet i galaxen Messier 87

10 april 2019

Event Horizon Telescope (EHT) är ett planetomfattande nätverk med åtta radioobservatorier som upprättades med målet att avbilda svarta hål. I dag presenterar EHT-forskare runtom i världen resultatet – den första bilden av ett supermassivt svart hål och dess skugga.

Genombrottet offentliggjordes i dag en serie av sex artiklar i ett specialnummer av tidskriften The Astrophysical Journal Letters. Bilden visar ett svart hål i centrum av Messier 87 [1], en massiv elliptisk galax i Virgohopen, en galaxhop i Jungfruns stjärnbild. Det svarta hålet befinner sig på 55 miljoner ljusårs avstånd och har en massa som är 6,5 miljarder gånger större än solens [2].

 

EHT länkar samman teleskop runt hela jorden för att skapa ett virtuellt teleskop lika stort som planeten [3]. Med EHT har forskarna fått ett nytt sätt att studera de extrema objekt i universum som förutsades av Einsteins allmänna relativitetsteori, hundra år efter det experiment som först bekräftade teorin [4].

 

"Vi har tagit den första bilden av ett svart hål" säger EHT:s projektledare Sheperd S. Doeleman vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. "Det är ett extraordinärt vetenskapligt framsteg som möjliggjordes genom ett samarbete mellan 200 forskare".

 

Svarta hål är extrema astronomiska objekt med enorma massor samlade i mycket små områden. Dessa objekt påverkar sin omgivning på fundamentala sätt genom att förvrida rumtiden och hetta upp det omgivande materialet 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. Detta fenomen 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."

 

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", säger Paul T.P. Ho, EHT-ledamot och chef för East Asian Observatory [5]. "Detta gör att vi känner oss säkra på tolkningen av resultaten, inklusive uppskattningen av det svarta hålets massa".

 

“Tillfällena när teori och observationer möts är alltid dramatiska för en teoretisk fysiker. Det var med lättnad och stolthet vi insåg att observationerna stämde så väl med förutsägelserna”, säger EHT-ledamoten Luciano Rezzola vid Goetheuniversitet i Tyskland.

 

Att realisera EHT var en formidabel utmaning som innebar att ett världsomspännande nätverk av radioteleskop behövde uppgraderas och kopplas samman. Teleskopen 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 [6].

 

De teleskop som bidrog till EHT-observationerna var ALMA och APEX vid ESO, IRAM:s 30-metersteleskop, James Clerk Maxwell Telescope, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter Telescope samt South Pole Telescope [7]. Den enorma datamängden uppgick till flera petabyte och sammanställdes med superdatorer vid Max Planckinstitutet för radioastronomi och MIT Haystack Observatory.

 

Det europeiska bidraget till detta internationella projekt var substantiellt, med europeiska teleskop och finansiellt stöd från ESO, IRAM och Max Planck Society samt ett bidrag på 14 miljoner euro från Europeiska forskningsrådet (ERC) inom projektet BlackHoleCam [8]. "Detta är ett resultat av årtionden av av europeisk frontlinjeforskning inom radioastronomi" menar Karl Schuster, chef vid IRAM och styrelseledamot i EHT.

 

Konstruktionen av EHT och de observationer som presenteras i dag utgör kulmen av årtionden av observationellt, tekniskt och teoretiskt arbete inom ett globalt projekt med deltagare från hela världen. EHT utgörs av tretton partnerinstitut där US National Science Foundation (NSF), EU:s Europeiska forskningsråd (ERC) och forskningsfinansiärer i Asien ingår.

 

I Sverige har Chalmers och Onsala rymdobservatorium sedan starten arbetat med teleskopen APEX och ALMA, och deras föregångare SEST, och bland annat byggt mottagare som använts i EHT. APEX är ett samarbete mellan Max Planck-institutet för radioastronomi, Onsala rymdobservatorium vid Chalmers tekniska högskola och ESO.

 

"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. Redan nu planerar EHT 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.

 

"Inom ESO är vi glada att ha kunnat stödja detta projekt på ett betydande sätt genom europeiskt ledarskap och två nyckelkomponenter i EHT i form av ALMA och APEX" säger ESO:s generaldirektör Xavier Barcons. "ALMA är den känsligaste anläggningen inom EHT med sina 66 enskilda radioteleskop, vilket bidrog till EHT:s framgång."

 

"Vi har åstadkommit något som var omöjligt för en generation sedan" menade Sheperd S. Doeleman. "Genombrott inom teknik, kommunikationer och dataalgoritmer samverkade för att öppna upp ett helt nytt fönster mot de svarta hålen."

Noter

[1] Skuggan är det närmaste vi kan komma ett svart hål, ett kolsvart objekt som inte släpper ifrån sig något ljus. Det svarta hålets gräns, händelsehorisonten, är omkring 2,5 gånger mindre än den skugga den kastar, vilket i detta fall motsvarar knappt 40 miljarder kilometer (något mindre än avståndet mellan solen och den yttersta planeten i solsystemet, Neptunus).

 

[2] Supermassiva svarta hål är relativt små objekt vilket historiskt har gjort det omöjligt att studera dem direkt. Utsträckningen av ett svart håls händelsehorisont är proportionell mot hålets massa. Det svarta hålets enorma massa och den relativa närheten till Messier 87 gör det till ett av de största som kan observeras från jorden och ett uppenbart mål för EHT.

 

[3] Även om radioteleskopen inte är fysiskt sammankopplade kan man synkronisera den data som de samlar in med hjälp av atomklockor, så kallade vätemasrar. Observationerna av det svarta hålet gjordes under 2017 vid våglängden 1,3 millimeter. Vardera av de ingående teleskopen samlade in cirka 350 terabyte data 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.

 

[4] För 100 år sedan sändes två expeditioner till Príncipe i Guineabukten och Sobral i Brasilien för att observera den totala solförmörkelsen 1919. Syftet var att testa Einsteins relativitetsteori genom att observera solens gravitationella böjning av ljuset från stjärnor i dess närhet på himlen.

 

[5] East Asian Observatory (EAO) är en EHT-partner med bidrag från många asiatiska länder, inklusive Kina, Japan, Sydkorea, Taiwan, Vietnam, Malaysia, Indien och Indonesien.

 

[6] I framtida EHT-observationer kommer även anläggningarna vid IRAM NOEMA Observatory, Greenland Telescope och Kitt Peak Telescope att ingå.

 

[7] ALMA är ett internationellt samarbete mellan ESO, US National Science Foundation (NSF), National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan, National Research Council (Canada), Ministry of Science and Technology (MOST; Taiwan), Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA; Taiwan), och Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI; Sydkorea), i samarbete med Chile. APEX drivs av ESO, IRAM:s 30-metersteleskop av partnerorgansationerna MPG (Tyskland), CNRS (Fankrike) och IGN (Spanien),  James Clerk Maxwell Telescope drivs av EAO, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano drivs av INAOE och UMass, Submillimeter Array drivs av SAO och ASIAA, och Submillimeter Telescope drivs av Arizona Radio Observatory (ARO). South Pole Telescope drivs av University of Chicago med EHT-instrumentering som utvecklats vid University of Arizona.

 

[8] BlackHoleCam är ett EU-finansierat projekt för att avbilda, mäta och förstå svarta hål. Huvudmålet med BlackHoleCam och EHT är att erhålla de första bilderna av det svarta hålet i Messier 87 och dess mindre kusin i centrum av Vintergatan, Sagittarius A*. Projektet gör det möjligt att mäta förvridningen av rumtiden runt ett svart hål med extremt hög precision.

Mer information

Dessa forskningsresultat presenterades i en serie av sex artiklar i ett specialnummer av tidskriften The Astrophysical Journal Letters.

 

EHT-kollaborationen omfattar över 200 forskare i Afrika, Asien, Europa samt Nord- och Sydamerika. I EHT ingår radioteleskopen ALMA och APEX vid ESO, IRAM:s 30-metersteleskop, James Clerk Maxwell Telescope, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter Telescope, South Pole Telescope, Kitt Peak Telescope samt Greenland Telescope.

 

I EHT-konsortiet ingår 13 institut: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University och Smithsonian Astrophysical Observatory.

 

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 16 medlemsländer: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• ESO EHT web page
• Inbjudan till presskonferens för media
• Pressmeddelande från EHT-projektet
• EHT Website
• ESOBlog om EHT-projektet
• Bilder av ALMA
• Bilder av APEX
• Artiklar:
  • Artikel I: The Shadow of the Supermassive Black Hole
  • Artikel II: Array and Instrumentation
  • Artikel III: Data processing and Calibration
  • Artikel IV: Imaging the Central Supermassive Black Hole
  • Artikel V: Physical Origin of the Asymmetric Ring
  • Artikel VI: The Shadow and Mass of the Central Black Hole

Kontakter

Heino Falcke
Chair of the EHT Science Council, Radboud University
The Netherlands
Tel: +31 24 3652020
E-post: h.falcke@astro.ru.nl

Luciano Rezzolla
EHT Board Member, Goethe Universität
Germany
Tel: +49 69 79847871
E-post: rezzolla@itp.uni-frankfurt.de

Eduardo Ros
EHT Board Secretary, Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Germany
Tel: +49 22 8525125
E-post: ros@mpifr.de

Calum Turner
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
E-post: pio@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1907 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.