ESO
​Skuggan av det supertunga svarta hålet i mitten av galaxen M 87, som ligger 55 miljoner ljusår bort. Bilden har skapats av Event Horizon Telescope (EHT), ett nätverk med åtta radioteleskop som utformades för att ta bilder av ett svart hål.  Skuggan av ett svart hål är det närmaste vi kan komma det svarta hålet självt, ett kolsvart objekt som inte ens ljuset kan lämna.​​​
​EH​T-samarbetet

Den första bilden av ett svart hål

Astronomer vid Chalmers har bidragit till banbrytande observationer av det jättelika svarta hålet i galaxen Messier 87.  Event Horizon Telescope (EHT) är ett globalt nätverk av 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.
​I den nya bilden syns skuggan av det supertunga svarta hålet i mitten av galaxen M 87, som ligger 55 miljoner ljusår bort. Bilden har skapats av Event Horizon Telescope (EHT), ett nätverk med åtta radioteleskop som utformades för att ta bilder av ett svart hål.  Skuggan av ett svart hål är det närmaste vi kan komma det svarta hålet självt, en himlakropp som inte ens ljuset kan lämna.​​

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

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.

EHT länkar samman teleskop runt hela jorden för att skapa ett virtuellt teleskop lika stort som planeten. 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.

EHT:s projektledare är Sheperd S. Doeleman vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. 

– Vi har tagit den första bilden av ett svart hål. Det är ett extraordinärt vetenskapligt framsteg som möjliggjordes genom ett samarbete mellan 200 forskare, säger han.

Av dessa forskare är tre från Chalmers: John Conway och Michael Lindqvist vid Onsala rymdobservatorium och Institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap, samt Ivan Martí-Vidal, tidigare verksam vid Onsala rymdobservatorium och nu astronom vid Instituto Geográfico Nacional i Spanien. 

Svarta hål är utomordentligt extrema himlakroppar där stora massor trängs i oerhört små volymer, och därför påverkar de också sina omgivningar på extrema sätt. De förvrider rumtiden och kan hetta upp materia i sin närhet till extremt höga temperaturer.

Heino Falke vid Radbouduniversitetet i Nederländerna är ordförande för EHT:s vetenskapliga råd.

– 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. 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 att mäta deras massor, säger han.

Analysen och kalibreringen av datan 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 en mängd fenomen runt svarta hål. Observationen stämmer väl med vår teoretiska förståelse vilket gör att vi känner oss säkra på tolkningen av resultaten, inklusive uppskattningen av det svarta hålets massa, säger EHT-ledamoten Luciano Rezzola vid Goetheuniversitet i Tyskland. 

Skuggan är det närmaste vi kan komma ett svart hål, ett helt svart 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 Neptunus).

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 Mexiko, Arizona, Spanien, Chile och Antarktis.

Vid observationerna användes en metod 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.

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.

– Detta är ett resultat av årtionden av av europeisk frontlinjeforskning inom radioastronomi, säger Karl Schuster, chef vid IRAM och styrelseledamot i EHT.​

Chalmers har bidragit på flera sätt till projektet. Chalmers och Onsala rymdobservatorium har sedan starten arbetat med teleskopen Apex och Alma i Chile, och deras föregångare SEST, och bland annat byggt mottagare som använts i EHT. 

John Conway är professor i radioastronomi vid Chalmers och föreståndare för Onsala rymdobservatorium.

– 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. 

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. 

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

Bilder

Fler bilder finns i till exempel pressmeddelandet hos ESO​

A (överst). Skuggan av det supertunga svarta hålet i mitten av galaxen M 87, som ligger 55 miljoner ljusår bort. Bilden har skapats av Event Horizon Telescope (EHT), ett globalt nätverk med åtta markbaserade radioteleskop som utformades för att ta bilder av ett svart hål.  Skuggan av ett svart hål är det närmaste vi kan komma det svarta hålet självt, ett kolsvart objekt som inte ens ljuset kan lämna. Det svarta hålets gräns – händelsehorisonten, som också har gett EHT dess namn – är omkring 2,5 gånger mindre än sin skugga och mäter knappt 40 miljarder kilometer tvärs över. Detta kan låta stort, men motsvarar bara 40 mikrobågsekunder på himlen – längden av ett kreditkort sett på månens yta.
Bild: EHT-samarbetet

B. Chalmersforskarna i Event Horizon Telescope-projektet: John Conway, Michael Lindqvist (båda Onsala rymdobservatorium, Institutionen för rymd-, geo och miljövetenskap), och Ivan Martí-Vidal (tidigare Onsala rymdobservatorium, Institutionen för rymd-, geo och miljövetenskap, numera Observatorio de Yebes/Instituto Geográfico Nacional., Spanien).
Foto: Chalmers/Johan Bodell/Robert Cumming



Mer om forskningen, teleskopen och projektet

Forskningsresultaten presenteras i en serie av sex artiklar i ett specialnummer av tidskriften Astrophysical Journal Letters. 

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 samlades in 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.

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

Apex är ett samarbete mellan Max Planck-institutet för radioastronomi, Onsala rymdobservatorium vid Chalmers tekniska högskola och ESO, det Europeiska sydobservatoriet. Drift av Apex vid Chajnantor sköts av ESO.

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. 

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. 


Publicerad: on 10 apr 2019. Ändrad: fr 12 apr 2019