Bilden som hjälper forskare förstå svarta hål

Det är enkelt för en astronom att förklara vad bilden betyder för forskningen.

– Att ta bilder av himlen är det vi i huvudsak gör. Vi tar bilder i två dimensioner eller fler – om vi inkluderar tid eller hur strålningen från föremål ändrar frekvens. Nästan allt vi tittar på är en bild i någon dimension, säger John Conway som är professor i radioastronomi vid Chalmers och föreståndare för Onsala rymdobservatorium.

För ett par år sedan skapade astronomer stora rubriker när de i ett internationellt forskningssamarbete lyckades ta fram den första bilden av skuggan av ett svart hål. I mars i år presenterade de ännu en bild av samma svarta hål.

Använder virtuella jätteteleskop

Den nya bilden visar att en stor del av ljuset runt hålet är polariserat. Polarisationen gör det möjligt för forskarna att ta reda på mer om hur magnetiska fält fungerar i närheten av svarta hål – och hur magnetfälten kan göra att de jetstrålar som astronomerna sett i tidigare bilder skickas ut från hålet.

– Jetstrålar bildas av svarta hål, men vi vet inte hur. Det kan bilden hjälpa oss att förstå.

John Conway är en av de fler än 300 forskare som tagit fram bilderna med hjälp av ett virtuellt jätteteleskop, Event Horizon Telescope (EHT), som skapats av åtta radioteleskop i olika världsdelar. Målet var just att få en bild av ett svart hål i galaxen M87.

Teknikutveckling i Onsala

Under några dagar 2017 riktades de åtta radioteleskopen mot galaxen och samlade in data. Med hjälp av flera, extremt kraftfulla, datorer, kunde astronomerna sedan framställa en bild ur dessa data. I april 2019 presenterade de bilden av det svarta hålets skugga – den första någonsin.

– Jag trodde att det skulle ta flera år att få resultat, men redan första gången vi hade bra data från alla teleskop fick vi bilden. Det var fantastiskt, säger John Conway.

Tekniken som kopplar ihop och kombinerar data från teleskopen kallas långbasinterferometri och har under lång tid utvecklats av bland annat astronomer vid Onsala rymdobservatorium.

– Vi har varit pionjärer och var bland de första att göra dessa experiment. Vi började med det redan i slutet av 1960-talet och är ledande inom tekniken.

Han doktorerade vid University of Manchester i England på en metod för att få fram bilder ur mätningar gjorda med flera radioteleskop, och finns sen 26 år tillbaka på Chalmers och Onsala.

Årets genombrott

Den första bilden av det svarta hålet fick en enorm respons. Forskarna bakom – varav tre då fanns vid Chalmers – belönades år 2020 med det vetenskapliga priset Breakthrough prize och fick dela på motsvarande 29 miljoner kronor. Bilden utsågs också till årets genombrott 2019 av tidskriften Science.

Det handlar dock om mer än en bild. Utifrån skuggans storlek kunde astronomerna beräkna det svarta hålets massa. Den visade sig vara nästan dubbelt så stor som de hade trott, 6,5 miljoner gånger så stor som solens.

Bilden är också en bekräftelse på att Albert Einsteins allmänna relativitetsteori stämmer. Hans teori om gravitationen från 1915 förutsäger att svarta hål existerar. Enligt den kan det finnas områden i rymden med så stark dragningskraft att ingenting, inte ens ljuset, kan lämna dem.

Nobelpris för upptäckt av svarta hål

År 2020 gick Nobelpriset i fysik till upptäckter om svarta hål. Hälften av priset gick till fysikern Roger Penrose, som år 1965 presenterade beräkningar som visade att svarta hål är en konsekvens av den allmänna relativitetsteorin.

Den andra hälften gick till forskarna Andrea Ghez och Reinhard Genzel, för upptäckten av ett svart hål (Sagittarius A*, Sgr A*) i centrum av vår galax, Vintergatan.

– De har visat att de svarta hålen existerar. Mätningen av skuggan i M87 är ett ännu mer stringent bevis för svarta hål. Utifrån Andrea Ghez och Reinhard Genzel beräkningar av massan hos Sgr A* kunde vi räkna på storleken av dess skugga och insåg att den skulle gå att hitta med ett teleskop som EHT. Ironiskt nog har vi ännu inte hittat skuggan av Sgr A* men en skugga i i M87, säger John Conway.

Favoritbilden given

Under sin karriär har han varit med om att ta fram en rad intressanta bilder. Ett exempel är avbildningen av en exploderande supernova som astronomerna tog fram genom att ta en bild av supernovan varje månad under fem år. Ändå tvekar han inte om vilken bild som är favoriten.

– Det måste vara bilden av det första svarta hålet, säger John Conway.

Läs också i Curie:
"Som bilder av familjen"
Han vill visa att maskar är vackra djur
Prisad bild väckte ny forskningsfråga
Tomas använder bilder i nästan allt han gör