Astrofysik

Illiustration af sort hul der suger en neutronstjerne til sig (Credit ANU.au)
14 august registrerede gravitionel-bølge detektorerne LIGO (i USA) og Virgo (i Italien) begge en voldsom gravitionel bølge. Forskerne har længe studeret, teoretiseret og modelleret de forventede gravitionelle bølger fra forskellige hændelser, så udover at se at den observerede bølge var voldsommere end andre, kunne man også ret hurtigt matche den med det forventede resultat af en neutronstjernes endeligt.
Hændelsen er beregnet til at være foregået i en anden galakse 900 mio lysår herfra. ANU's robot-teleskoper reagerede hurtigt på observationen og scannede øjeblikkeligt den del af himlen, men kunne ikke identificere en kilde. Lige nu regner de på den præcise størrelse af legemerne skriver Australian National University
Første billede af sort hul fra Event Horizon telescope
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, 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 x Solens masse.

EHT er en sammenkobling af teleskoper over hele Jorden, så de danner et virtuelt teleskop på størrelse med vores klode. Med EHT kan forskerne studere det mest ekstreme objekter i Universet på en ny måde

"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.
Læs også: hidtil bedste billede af sort hul
og Black Hole Image Makes History hos NASA

"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."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!

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 European Research Council. Især har en bevilling på €14 millioner til BlackHoleCam-projektet været afgørende . 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.

"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,"sagde 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."
Mælkevejens centrale sorte hul, Sagitarius A
På billedet ses det originale billede af Mælkevejens centrale sorte hul nederst til højre. Billedet nederst til venstre er korrigeret for spredningen af lys i de gasser der omgiver det sorte hul.
På de øverste billeder er den teoretiske model superponeret ind over billederne,så man sammenholdt får et indtryk af hvad forskerne mener vi ser.


Man kan ikke se sorte huller, heller ikke selvom det er så enormt som Mælkevejens centrale sorte hul.
Men de gasser der samler sig omkring det sorte hul kan ses. Problemet er så bare at der er flere lag som skjuler de inderste detaljer om det sorte hul

Et hold internationale astronomer har brugt et unikt stort VLBI (Very Long Baseline Interferometry) med 13 radioteleskoper fordelt over hele verden fra Hawaii over USA og Sydamerika (ALMA) til østeuropa som ét 10.000km stort teleskop!

Dermed har de opnået en ekstrem opløsning på billeder der er 200x bedre end Hubble-rumteleskopet ved 86GHz (3,5mm bølgelængde) med en opløsning på kun 0,0002 bueskund (200my") af de inderste dele af Mælkevejens centrale sorte hul!.

Men det er en overraskelse at de varme gasser som er kilden til det centrale sorte huls radio-emissioner,er symmetrisk fordelt om det sorte hul:"Det antyder at radioemissionerne stammer fra en skive af indfaldende gasser, fremfor at stamme fra en radio-jetstrøm" siger PhD studerende Sara Issaoun fra Radboud University som er en del af holdet."Men det vil gøre Sgr A til en undtagelse, sammenlignet med andre radio-udsendende sorte huller.

Det virtuelle VLBI teleskopforskerne brugte til disse billeder er også en slag generalprøve på det kommende 'Event Horizon Telescope', som skal kobles sammen på samme måde,men som skal bruge en kortere bølgelængde end dette VLBI. Håbet er at Event Horizon telescope vil kunne se gennem de inderste skyer og se omridset eller skyggen af selve det sorte hul: The event horizon.
LÆS MERE på Astronomie.nl
Der lurer et supertungt sort hul i Mælkevejens centrum. Det har længe været antaget, og nu har ESO's superfølsomme instrument GRAVITY givet flere indicier til antagelsen. De nye observationer viser, at klumper af gasarter hvirvler rundt med hastigheder på omkring 30% af lysets hastighed i cirkelbaner tæt ved begivenhedshorisonten for det sorte hul. Det er første gang stof er observeret i så stor detalje så tæt på dette 'point of no return' ved et sort hul.

Udbrud af infrarød stråling fra stofskiven omkring Sagittarius A* er observeret med ESOs instrument GRAVITY, som er monteret på deres VLT (Very Large Telescope). Strålingen kommer fra det tunge objekt, som befinder sig i hjertet af Mælkevejen, og udbruddene bekræfter det, som forskerne længe har formodet; nemlig at objektet er et supertungt sort hul. Udbrudene stammer fra stof, som kredser meget tæt ved det sorte huls begivenhedshorisont, og det her er de mest detaljerede observationer til dato af stof, som kredser så tæt på et sort hul.

Noget af stoffet i denne stofskive — den skive af gas, som kredser omkring Sagittarius A* med relativistiske hastigheder - kan kredse om skiven i sikkerhed, men hvis noget af det kommer for tæt på, er det dømt til at blive trukket ind bag begivenhedshorisonten. Det tætteste ved et sort hul, som stof kan kredse uden ufravigeligt at blive trukket ind af den koncentrerede masse, kaldes den inderste stabile bane, og det er derfra, de observerede udbrud stammer.

Simulation af
"Det er helt forrygende faktisk at kunne se stof, som kredser omkring et tungt sort hul med 30% af lyshastigheden," strålede Oliver Pfuhl, som forsker ved MPE. "GRAVITYs fantastiske følsomhed har givet os mulighed for at se processerne i real-time i hidtil usete detaljer."
GRAVITY kombinerer lyset fra 4 teleskoper ved ESO's VLT til ét virtuelt superteleskop, som er 130m i diameter.

Tidligere i år gjorde sammenholdning af data fra instrumenterne GRAVITY og SINFONI, som også er koblet til VLT, det muligt for det samme hold af forskere at måle den tætte passage for stjernen S2, da den krydsede ind igennem det ekstremt kraftige tyngdefelt tæt ved Sagittarius A*. Her målte de for første gang de effekter, som er forudsagt af Einsteins Generelle Relativitetsteori i så ekstremt et miljø. Ved S2s passage blev der også observeret kraftig infrarød stråling.

"Vi overvågede nøje S2, og selvfølgelig holdt vi også øje med Sagittarius A*. I observationsperioden var vi så heldige, at vi så tre klare udbrud fra området omkring det sorte hul - det var blot et heldigt sammentræf!" siger Pfuhl

Strålingen kommer fra elektroner med meget høj energi tæt ved de sorte hul. Den blev set som tre tydelige udbrud, som præcist modsvarer teoretiske forudsigelser for hot-spots, som kredser tæt ved et sort hul med fire millioner solmasser. Forskerne formoder, at udbruddene stammer den magnetiske vekselvirkninger i den meget varme gas tæt inde omkring Sagittarius A*.

Reinhard Genzel, fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i Garching, Tyskland, som er leder af undersøgelsen, forklarer: "Det har altid været et af vore drømmescenarier, men vi turde ikke håbe på, at det ville være muligt så tidligt." Med reference til den hidtidige antagelse om, at Sagittarius A* er et supertungt sort hul, konkluderer Genzel: "Resultatet her er en solid bekræftelse af ideen om, at det drejer sig om et tungt sort hul."
Kilde: ESO
Sorte hullers overfalde
Sorte hullers overfalde
Et af de store problemer med sorte huller, er at stof der forsvinder ind i dem, forsvinder ud af universet. Og det giver teoretikerne grå hår i hovedet, for dermed går informationen om det tabt; Det er det såkaldte 'informationstabsparadoks'.

Problemet er altså at stoffet "forsvinder" når det når den teoretiske grænse for det sorte hul: Hændelseshorisonten. Nu har tyske forskere regnet lidt på en teori af Hawkins og Berkenstein, om at sorte hullers tyngde eller entropi, ikke er proportional med hændelseshorisonten volumen, men dens overflade. Det har tyske forskere regnet på, ved at decimere hændelseshorisonten ned til et atomart niveau. dermed har de funder at under de ekstreme vilkår vil alle atomer opføre sige ens, så kugleskalen virker som et holografi. Det betyder dels at al information bevares på overfladen som i et foto, men også at det dermed faktisk er teoretisk muligt at "se ind" i et sort hul.
Se 'A look beyond the horizon of events' fra SISSA