Pressemeddelelse

Det første billede af et sort hul er hjemme

Det enorme sorte hul i centrum af den fjerne galakse Messier 87 i forårstjernebilledet Jomfruen er afbildet med vigtige bidrag fra observatorierne ESO, ALMA og APEX

10. april 2019

Ved koordinerede pressekonferencer Verden over idag, onsdag den 10. april klokken 15:00 Dansk Sommertid afslører en stor international forskergruppe, at det nu er lykkedes for første gang at optage et billede af skyggen af et supertungt og dets omgivelser. Instrumentet, som er særligt designet til at gøre det - The Event Horizon Telescope (EHT) - er et internationalt samarbejde imellem otte radioteleskoper placeret rundt omkring på Jorden.

 

Gennembrudet  blev offentliggjort idag i form af en serie på seks videnskabelige artikler i en særudgave af tidsskriftet The Astrophysical Journal Letters. Billedet viser det sorte hul i centrum af Messier 87 [1], som er en enorm galakse i galaksehoben i stjernebilledet Virgo - Jomfruen. Afstanden til det sorte hul er 55 millioner lysår, og det vejer 6,5 milliarder gange mere end Solen [2].

EHT er en sammenkobling af teleskoper over hele Jorden, så de danner et virtuelt teleskop på størrelse med vores klode [3]. Med EHT kan forskerne studere det mest ekstreme objekter i Universet på en ny måde; blandt andet objekter, som er forudset i Einsteins Generelle Relativitetsteori netop i hundredeåret for det historiske eksperiment, der som det første bekræftede teorien [4].

"Vi har taget det første billede af et sort hul," sagde EHT project director Sheperd S. Doeleman fra Center for Astrophysics; Harvard & Smithsonian. "Det her er et helt ekstraordinært videnskabeligt scoop, som er lykkedes ved en indsats fra mere end 200 forskere."

Sorte huller er specielle rumobjekter med store masser og meget ringe størrelse. Når sådan et er i nærheden, påvirkes omgivelserne på ekstreme måder, så rumtiden bliver forvredet og stoffet i omgivelserne bliver kraftigt opvarmet.

"Hvis det befinder sig i et lysende område, som for eksempel en skive af lysende gasarter, forventer vi, at det sorte hul vil danne et mørkt område omkring sig, som en slags skygge - det er noget, som er forudsagt i Einsteins Generelle Relativitetsteori, men vi har aldrig set noget sådant før," forklarede formanden for EHT Science Council Heino Falcke fra Radboud Universitetet i Nederlandene. "Skyggen skyldes at tyngdekræfterne bøjer og indfanger lyset ved begivenhedshorisonten, og den kan afsløre en masse om de her spændende objekters natur. I dette tilfælde har vi ved at studere skyggen kunnet måle massen af det enorme sorte hul i M87."

Gentagne kalibreringer og forskellige afbildningsmetoder har afsløret en ringlignende struktur med et mørkt centralområde - det, som er skyggen af det sorte hul. Det kan ses med flere uafhængige observationer med EHT.

"Så snart vi var helt sikre på, at det vi havde set var skyggen, kunne vi sammenligne observationerne med et stort antal computermodeller, som beskriver en mængde af de fysiske fænomener omkring de sorte huller, såsom forvrænget rum, overopvarmet stof og kraftige magnetfelter" forklarer Paul T. P. Ho, som er medlem af EHTs bestyrelse og direktør for East Asian Observatory.[5] "Det, vi observerer passer fint med vores teoretiske forståelse af fænomenet, så vi er fortrøstningsfulde med fortolkningen af observationerne; her iblandt vores vurdering af massen af det sorte hul."

Luciano Rezzolla er medlem af EHTs bestyrelse. Han er fra Goethe Universität i Tyskland, og han supplerer: "Sammenligninger imellem teori og observationer er altid et spændende øjeblik for teoretikeren. Det var både en lettelse og en kilde til nogen stolthed, da vi kunne se, at observationerne passede så fint med vore forudsigelser."

Det at skabe EHT-anlægget var en stor udfordring, som krævede, at otte eksisterende teleskoper blev opgraderet og koblet sammen. De befinder sig på forskellige meget krævende steder i stor højde. Det drejer sig blandt andet om vulkaner på Hawai'i og i Mexico, bjergtoppe i Arizona og i de spanske Sierra Nevade, Atacamaørkenen i Chile og på Antarktis.

EHT bruger en observationsteknik, som kaldes very-long-baseline interferometry (VLBI), hvor teleskoper over hele jordkloden synkroniseres, og udnytter Jordens omdrejning til at skabe et stort teleskop på størrelse med hele Jorden, og med et observationsområde ved en bølgelængde på 1,3 mm. VLBI gør det muligt for det sammenkoblede EHT-anlæg at opnå en opløsningsevne på 20 mikrobuesekunder - svarende til at kunne læse en avis i New York, hvis man sidder på en cafe i Paris! [8]

De teleskoper, som har bidraget til resultatet er ALMA, APEX, IRAM 30-meter telescope, James Clerk Maxwell Telescope, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter Telescope, og South Pole Telescope [6]. Petabyte af rådata fra teleskoperne er kombineret i højt specialiserede supercomputere Max Planck Institute for Radio Astronomy og MIT Haystack Observatory.

Både anlæg og finansiering fra Europa har spillet en væsentlig rolle i dette verdensomspændende projekt. Avancerede europæiske teleskoper har deltaget, og der er modtaget støtte fra Det europæiske Forskningsråd (European Research Council). Især har en bevilling på €14 millioner til BlackHoleCam-projektet været afgørende [7]. Støtten fra ESO, IRAM og Max Planck Society har også været altafgørende. "Resultatet her bygger på årtiers europæisk ekspertise i millimeterastronomi," kommenterede Karl Schuster, som er direktør for IRAM og medlem af EHTs bestyrelse.

Skabelsen af EHT og de observationer, som vi præsenterer her idag er kulminationen af årtiers arbejde med observationer, tekniske konstruktioner og teori. Eksemplet her på globalt samarbejde har krævet et tæt samarbejde imellem forskere over hele Verden. Tretten partnere har arbejdet sammen for at skabe EHT, hvori der indgår både eksisterende anlæg og infrastruktur og støtte fra en række organisationer. De vigtigste økonomiske midler kommer fra US National Science Foundation, Det europæiske Forskningsråd ERC og flere kilder i Østasien [5].

"I ESO er vi lykkelige over at have kunnet bidrage på væsentlige områder  til dette resultat, via vores ledende rolle i Europa og med to af de teleskoper i Chile, som indgår i EHT; ALMA og APEX," bemærkede ESOs generaldirektør Xavier Barcons. "ALMA er den mest fintmærkende partner i EHT, og de 66 præcise antenner her har været afgørende for at EHT er blevet en succes."

"Vi har gjort noget her, som blev anset for at være umuligt for bare en generation siden," sluttede Doeleman. "Nybrud i teknologien, sammenkoblingen imellem Verdens bedste radioobservatorier og nye algoritmer har spillet sammen til åbningen af et helt nyt vindue i studiet af sorte huller og deres begivenhedshorisonter."

Noter

 

[1] Skyggen af et sort hul er det nærmeste, vi kan komme til at fremstille et billede af selve det sorte hul, for det er et fuldstændig mørkt objekt, hvorfra der ikke kan undslippe nogen form for lys. Grænsen for det sorte hul - den begivenhedshorisont eller event horizon, som har været med til at give navn til EHT - er omkring 2,5 gange mindre end den skygge, som det kaster, og i dette tilfælde er størrelsen lige under 40 milliarder kilometer i tværmål.

 [2] Supertunge sorte huller er forholdsvis små astronomiske objekter, og det har gjort, at de indtil nu har været umulige at observere. Udstrækningen af et sort huls begivenhedshorisont er proportional med dets masse; altså jo tungere det sorte hul er, des større er skyggen også. Takket være den enorme masse og at M87 er forholdsvis tæt på os, var det forudset, at netop dette supertunge sorte hul ville være et af de største, som måtte kunne ses fra Jorden - og dermed har det være det perfekte første mål for EHT.

 [3] Teleskoperne er ikke fysisk forbundene med kabler, men ved hjælp af atomure af den type, som kaldes hydrogen masers kan man synkronisere de indsamlede data fra de individuelle teleskoper med høj præcision. De observationer, som er brugt her, er gjort under en verdensomspændende kampagne i 2017 i bølgelængdeområdet 1,3 mm. Hvert af EHT-anlæggets teleskoper har leveret enorme datamængder - i størrelsesordenen 350 terabytes pr dag - og det hele er lagret på højpræcise heliumfyldte harddiske. Lagrene er derefter fløjet ind til specialiserede supercomputere - det, som kaldes korrelatorer - på Max Planck Institute for Radio Astronomy ovg MIT Haystack Observatory, hvor de så er blevet kombinerede. Endelig er de mange data omhyggeligt blevet konverteret til et billede, ved hjælp af nyudviklede regneværktøjer, som er udviklet specielt til formålet her indenfor projektets rammer.

 [4] For 100 år siden stod to ekspeditioner ud til Principe Island ud for Afrikas kyst og til Sobral i Brasilien for at observere den totale solformørkelse i 1919. Målet var at teste den Generelle Relativitetsteori ved at undersøge, om stjernelys ville bøjes ved randen af Solen, som Einstein havde forudset det. Med det i tankerne er det, at EHT har sendt forskere ud til de højestbeliggende og mest isolerede radioastronomiske anlæg i Verden for igen at teste vores begreber om tyngdekraften.

[5] East Asian Observatory (EAO), som er partner i EHT-projektet repræsenterer i fælleskab deltagere fra mange områder i Asien, herunder Kina, Japan, Korea, Taiwan, Vietnam, Thailand, Malaysia, Indien og Indonesien.

 [6] Fremtidige EHT-observationer får væsentligt forbedret følsomhed, når nye deltagere kommer med, nemlig IRAM NOEMA Observatory, Greenland Telescope og Kitt Peak Telescope. Greenland Telescope er for tiden baseret på Thule Air Base i Nordvestgrønland, hvor det er samlet og bliver afprøvet. Teleskopet har allerede leveret interessante resultater. Det vil blive flyttet ind på indlandsisen til forskningsstationen Summit, hvor luftfugtigheden, himlens klarhed og de logistiske forhold er ideelle for denne type radioteleskoper. Danske forskere på Niels Bohr Institutet er involverede i projektet, som har sin oprindelse på Smithsonian Astrophysical Observatory og ASIAA fra Taiwan.

[7] ALMA er et partnerskab imellem European Southern Observatory (ESO; Europa, som repræsentant for ESOs medlemstater), U.S. National Science Foundation (NSF), og National Institutes of Natural Sciences(NINS) i Japan, sammen med National Research Council (Canada), Ministry of Science and Technology (MOST; Taiwan), Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA; Taiwan), og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI; Republic of Korea), i samarbejde med Republikken Chile. APEX drives af ESO,  30-meter telescope drives af IRAM (Partnerne i IRAM er MPG (Tyskland), CNRS (Frankrig og IGN (Spanien)), James Clerk Maxwell Telescope drives af  EAO, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano drives af INAOE og UMass, Submillimeter Array drives af  SAO og ASIAA og Submillimeter Telescope drives af Arizona Radio Observatory (ARO). South Pole Telescope drives af University of Chicago med specialiseret EHT udstyr leveret af University of Arizona.

[8] BlackHoleCam er et EU-finansieret projekt, hvor formålet er at afbilde, måle og forstå astrofysiske sorte huller. Hovedformålet med BlackHoldCam og EHT er at skaffe de første billeder nogensinde af de supertunge sorte huller, som vejer milliarder gange mere end Solen, i den nære galakse M87 og dens mindre kollega Sagittarius A*, som er navnet på det supertunge sorte hul i centrum af vores egen Mælkevej. Dette arbejde gør det muligt med stor nøjagtighed at bestemme hvor meget rumtiden deformeres af et sort hul.

Mere information

 

Forskningsresultaterne er offentliggjort idag i form af seks artikler i en særudgave af The Astrophysical Journal Letters.

EHT samarbejdet omfatter mere end 200 forskere fra Afrika, Asien, Europa, Nord- og Sydamerika. Dette internationale samarbejde arbejder på at skabe de mest detaljerede billeder af sorte huller, ved at skabe et virtuelt teleskop på størrelse med hele Jordkloden. Projektet støttes af store internationale investeringer, og det sammenkobler eksisterende teleskoper ved hjælp af nye tekniske fremskridt, så der de facto opbygges et helt nyt instrument med den højeste vinkelopløsning, som nogensinde er opnået i det pågældende bølgelængdeområde.

De involverede teleskoper er: ALMA, APEX, IRAM 30-meter Telescope, IRAM NOEMA Observatory, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT), Kitt Peak Telescope, og Greenland Telescope (GLT).

EHT-konsortiet består af 13 partnere: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the University of Chicago, the 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 og the Smithsonian Astrophysical Observatory.  

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Irland, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. Australien er med som strategisk partner. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

 

• ESOs EHT webside
• Medieinvitationer til pressekonferencen
• Press release from the EHT project
• EHT Website
• ESOBlog on the EHT Project
• Billeder af ALMA
• Billeder af APEX
• Forskningsartiklerne i original:
• Paper I: The Shadow of the Supermassive Black Hole
• Paper II: Array and Instrumentation
• Paper III: Data processing and Calibration
• Paper IV: Imaging the Central Supermassive Black Hole
• Paper V: Physical Origin of the Asymmetric Ring
• Paper 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-mail: h.falcke@astro.ru.nl

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

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

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

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1907 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.