Astronomer (og hele menneskeheden) har ferie: det første billede af et sort hul præsenteres. Det blev oprettet ved hjælp af Event Horizon Telescope (EHT), et virtuelt teleskop, der består af flere radioteleskoper rundt om i verden. Billedet viser materiale omkring et supermassivt sort hul i midten af en galakse 55 millioner lysår væk. Og ja, et sort hul er koncentreret fysik, skøre gravitationsfænomener på randen af de mulige og de umulige, ekstreme forhold (du kan læse mere om, hvordan sorte huller fungerer her). Men der er flere spørgsmål.
Er et sort hul svært at se, fordi det er sort?
Ikke. Det er ja. Det er sandt: sorte huller er sorte. Normalt ser vi alle slags stjerner og alt, fordi lyset, de udsender, når vores teleskoper (eller direkte ind i vores øjne), og vi registrerer det. Sorte huller er virkelig sorte. De udsender ikke synligt lys (på grund af komplekse gravitations-tricks), så de kan ikke ses.
Men dette er ikke et stort problem. Hvis vi havde et sort hul i vores solsystem, ville du se det. Du ville se rumets krumning ved dens tilstedeværelse, og du vil se det stof, der kredser omkring denne tragt. Hvis du har set filmen Interstellar, viser den nogenlunde en visualisering af et sort hul - det blev gjort ved hjælp af astrofysiker Kip Thorne.
Det sorte hul er vanskeligt at se, fordi det er lille. Nå, okay, ikke så lille som en maur, for eksempel. Hun er lille i den forstand, at en person er bittesmå, når man betragter den fra en kilometerafstand. Det bedste udtryk ville være vinkelstørrelse. Hvis du drejer dit hoved i en cirkel, får du en 360-graders helhedsvisning (men husk også at dreje din krop, ellers bøjer du din hals). Hvis du holder tommelfingeren i armlængden, er det ca. en halv graders vinkelstørrelse. Månen har omtrent den samme vinkelstørrelse, så du kan dække den med tommelfingeren.
Hvad med størrelsen på det sorte hul? Ja, det er enormt. Det er også 55 millioner lysår langt væk. Det betyder, at det vil tage 55 millioner år for lys at rejse så langt. Det er utroligt langt væk. Men vinkelstørrelsen forhindrer os virkelig. Et sort hul (i det mindste den synlige del) har en vinkelstørrelse på ca. 40 mikroarsekunder.
Hvad er et mikroarksekund? Som du ved, er cirklen opdelt i grader (og har været i lang tid). Hver grad kan opdeles i 60 bue-minutter, og hvert minut er 60 bue-sekunder. Hvis du opdeler et buesekund i en million dele, får du et mikrosekund. Husk, at månens vinkelstørrelse er 0,5 grader (set fra Jorden)? Dette betyder, at månens vinkelstørrelse er 45 millioner gange større end størrelsen på et sort hul. Det sorte hul er lille med hensyn til dets vinkelstørrelse.
Salgsfremmende video:
Men det er ikke alt. På grund af diffraktion kan vi ikke se ting med små vinkelformater. Når lys passerer gennem en åbning (for eksempel gennem et teleskop eller ind i øjet), spredes det. Det bøjes på en sådan måde, at det forstyrrer resten af lyset, der passerer gennem hullet. I tilfælde af øjet betyder det, at folk kan fremstille genstande med en vinkelstørrelse på ca. 1 lysbue.
Og det betyder også, at noget så lille som et sort hul er vanskeligt at fange på et foto.
Hvordan overvindes diffraktionsgrænsen?
Lad os indrømme. Ting med små vinkeldimensioner er virkelig svære at se - hvordan skal vi så se materialet omkring et sort hul? Teleskopets vinkelopløsning afhænger virkelig kun af to ting: hullets størrelse og lysets bølgelængde. Brug af kortere bølgelængder (såsom ultraviolet eller røntgenstråling) giver bedre opløsning. Men i dette tilfælde bruger teleskopet bølgelængden af lys i millimeterområdet. Dette er en ganske lang bølgelængde sammenlignet med synligt lys, der er inden for 500 nanometerområdet.
Og det betyder, at den eneste måde at overvinde diffraktionsgrænsen er at gøre teleskopet større. Det er, hvad de gjorde med Event Horizon Telescope. Grundlæggende er det et teleskop på størrelse med Jorden. Vanvid, men sandt. Ved at indsamle data fra flere teleskoper i forskellige dele af verden, kan du kombinere dataene og omdanne dem til data fra et GIANT-teleskop. Det er sandt, du skal prøve. Men der er også problemer med denne metode. Med kun få teleskoper bruger EHT-teamet en række analytiske teknikker til at skabe det mest sandsynlige billede fra de indsamlede data. Så det lykkedes dem at "tegne" materiale omkring det sorte hul.
Er dette et rigtigt billede af et sort hul?
Hvis du kigger gennem et teleskop og ser Jupiter, ser du faktisk Jupiter. Bemærk: Hvis du ikke har gjort dette endnu, skal du sørge for at prøve det. Det er sejt. Sollys spretter fra Jupiters overflade og rejser derefter gennem et teleskop ind i dit øje. Boom. Jupiter. Han er ægte.
Men med et sort hul er tingene lidt anderledes. Det billede, du ser, findes ikke engang i det synlige interval. Dette er et radiobillede oprettet ud fra lysets bølgelængder. Hvad er forskellen mellem radiobølger og almindeligt synligt lys? Faktisk er forskellen kun i bølgelængden.
Lys- og radiobølger er elektromagnetiske bølger. Dette er udbredelsen af et skiftende elektrisk felt sammen med et skiftende magnetfelt (samtidig). Disse bølger bevæger sig med lysets hastighed - fordi de er lette. Da radio og synligt lys har forskellige bølgelængder, interagerer de imidlertid med materien forskelligt. Hvis du tænder for radioen derhjemme, modtager du et signal fra den nærmeste radiostation. Disse radiobølger rejser lige gennem væggene. Og de synlige passerer ikke.
Det samme gælder for billeder. Hvis du har synligt lys fra et objekt, kan du se det med øjet og optage dette billede på film eller med en digital optager. Dette billede kan derefter vises på en computerskærm og faktisk ses. Sådan kan du se et billede af månen.
Hvad angår materialet omkring det sorte hul, er dette ikke et synligt billede. Dette er et radiobillede. Hver pixel i billedet repræsenterer en bestemt bølgelængde, men radiobølger. De orange dele er falske farvepræsentationer af 1 millimeterbølgen. Det samme sker, når vi ønsker at "se" et billede i det infrarøde eller ultraviolette område. Vi er nødt til at konvertere disse bølgelængder til det, vi kan se.
Så dette billede af et sort hul er intet almindeligt fotografi.
Ilya Khel