Hur ser ett svart hål ut? En nyligen publicerad studie som har fått mycket uppmärksamhet innehåller de skarpaste bilderna som någonsin har tagits av det supermassiva svarta hålet som ligger i Vintergatans centrum. Bilderna i sig ser kanske inte så spännande ut vid första anblick, därför passar jag först på att förklara lite vad det handlar om.
Mycket tyder på att i centrum av de flesta större galaxer som Vintergatan finns ett supermassivt svart hål. I våran galax, Vintergatan, ligger det i ett område som kallas för Sagittarius A i stjärnbilden Skytten. Det svarta hålet kallas i sin tur för Sagittarius A* (förkortas som Sgr A*, och utalas som Sagittarius A-stjärna). Det är egentligen namnet på en kraftig radiokälla i omgivningen runt det svarta hålet för hålet i sig syns inte.
Vad är ett svart hål egentligen? Vanligtvis är det resterna från en riktigt massiv stjärna som har dött med en supernova-explosion. Döende stjärnor brukar bli mycket täta objekt. Solen ska till exempel bli en vit dvärg om många miljarder år. Tyngre stjärnor blir oftast neutronstjärnor som har täthet som en atomkärna och är ett par mil i diameter. Men de allra tyngsta stjärnorna kan bli svarta hål, ett objekt som är så tätt att gravitationen inom det är så stark att det övervinner alla krafter inom sig och kollapsar till något oändligt litet. Gravitationen är så stark att inom det som kallas för händelsehorisonten kan inte ens ljus komma undan. Händelsehorisonten ses därför som storleken på det svarta hålet.
Supermassiva svarta hål då? Som namnet antyder är det svarta hål som är extremt mycket tyngre än vad en döende tung stjärna kan producera. SgrA* i centrum av Vintergatan uppskattas väga lika mycket som fyra miljoner solar! De tyngsta kända hålen kan väga lika mycket som många miljarder solar! Jämförbart med en mindre galax alltså. Men deras ursprung är faktiskt ännu oklart. Vad för processer kan skapa sådana objekt inom den tidsrymd som gått sedan universum bildades för knappt 14 miljarder år sedan? Teorierna lutar åt att de är produkter av massiva kollisioner mellan många vanliga svarta hål.
Att vi då har en sådan inom synhåll i centrum av våran egna galax är såklart praktiskt eftersom det då går att studera ett supermassivt svart hål på nära håll. Den är dessutom totalt ofarlig för oss då den ändå är långt bort och Vintergatan i sig är mycket mycket massivare än Sgr A*. Men att studera den är svårt på grund av att den ligger just i mitten av Vintergatan, dold bakom mängder av gas och stoft som gör det mycket svårt att se något med vanliga teleskop.
Avståndet är också hela 26 000 ljusår, så det krävs något som kan urskilja en vinkel mindre än 10 till 100 mikrobågsekunder. En mikrobågsekund är en miljondels bågsekund och en bågsekund är i sin tur en 3600-del av en grad. Det krävs en upplösning av 30 till 300 miljontedelen av en grad för att urskilja händelsehorisonten på Sgr A*. Det kan jämföras med att urskilja en tennisboll på månen.
Det finns ett stort internationellt samarbete med medlemmar i 10 länder som kallas för Event Horizon Telescope (ungefär händelsehorisontsteleskopet), vars uppdrag är att med hjälp av teleskop över hela jorden observera Sgr A* med en upplösning skarp nog att upplösa själva händelsehorisonten. Nu har ett forskarlag med nära kopplingar till Event Horozon Telescope kommit en bra bit på vägen i en nyligen publicerad studie som leds av Sara Issaoun, doktorand på Radboud-universitetet i Nijmegen i Nederländerna, och hennes handledare Heino Falcke. Deras arbete visar att det faktiskt är praktiskt möjligt att observera ”skuggan från det svarta hålet”.
De använde det stora Europeiska observatoriet i Chile, Atacama Large Millimeter Array (ALMA) i samklang med ett globalt nätverk av radioteleskop som kallas Global Millimeter VLBI Array (GMVA som leds av Max Planck-institutet för radioastronomi i Tyskland). Det är första gången ALMA har observerat tillsammans med GMVA. Eftersom stora delar av GMVA ligger på norra halvklotet var ALMA:s medverkan ett måste för att kunna observera Sgr A* med sådan noggrannhet eftersom Vintergatans centrum är mycket lättare att se från södra halvklotet.
Därför har laget kunnat nå en upplösning på 87 mikrobågsekunder (knappt 240 miljondelar av en grad) vid en frekvens på 87 GHz. Vad det innebär är att de har kunnat urskilja material i det svarta hålets omedelbara närhet och jämfört det med teoretiska modeller. Vad de ser är en symmetrisk formad källa som är mindre än väntat. Det kan innebära två olika saker berättar Issaoun i deras pressmeddelanden (översatt här).
– Det kan indikera på att radiostrålningen kommer från en skiva av gas som faller ner i hålet istället för från en jetstråle. Men det skulle innebära att SgrA* skiljer sig från andra svarta hål som avger radiostrålning. Alternativet skulle kunna vara att det är en jetstråle som är riktad nästan rakt mot oss.
En jetstråle är alltså en stråle av material som fångats in av det svarta hålets starka magnetfält och som accelereras bort via fältlinjer från hålets poler. Det svarta hålet i sig syns ju inte men materialet som finns kring det blir extremt hett och avger mycket strålning, bland annat radiostrålning.
Verkligheten är ännu oklar men att vi kanske skådar rakt ner i jetstrålen backas upp av andra observationer från till exempel det Europeiska Very Large Telescope Interferometer (VLTI) som också ligger i Chile. Händelsehorisontprojektet har just nåt en stor milstolpe så vi kommer få se mycket mer av Sgr A* de närmaste åren!
