Nobelprisen og det første bildet av et svart hull

You probably heard the news about the first black hole picture posted by the scientist. The picture was amazing news not only for the astronomy field but also for the whole world. This picture was the first step towards a new door of information. The universe is getting more enlightened each with new information and because of that we are capable of better understanding all the mysteries beyond our planet.

Recently we saw twelve laureates be awarded with the 2020 Nobel Prize, and how one of them contributed remarkably to humankind with their research and discoveries. They are all amazing researchers and we would love to talk about each one of them in here, but today for a better explanation and understanding of the context of the first black hole picture we are going to talk about the work of the Laureates Roger Penrose, Reinhard Genzel and Andrea Ghez, the winners of the Nobel Prize in Physics.

Ifølge Nobelprisens offisielle nettside ble prisvinnerne anerkjent "for oppdagelsen av at dannelsen av svarte hull er en robust forutsigelse av den generelle relativitetsteorien" og "for oppdagelsen av et supermassivt kompakt objekt i sentrum av vår galakse". Penrose beviste gjennom imponerende matematiske metoder at svarte hull er knyttet til Einsteins relativitetsteori, mens Reinhard Genzel og Andrea Ghez' arbeid fant ugjendrivelige bevis på at det faktisk finnes et svart hull i sentrum av Melkeveien, i dag kjent under navnet Sagittarius A*.

For å forstå temaet fullt ut, må vi kjenne til noen grunnleggende begreper om svarte hull, som "Hva er et svart hull?"; "Hvordan er de laget av? Hvor kan vi finne et?"

Det første vi trenger å vite, er et begrep som brukes mye i mange emner innen astronomi, nemlig begrepet romtid. Romtiden er en firedimensjonal mangfoldighet, med tre romdimensjoner og én tidsdimensjon, i et koordinatsystem med (x,y,z,t). Et interessant faktum er at et enkelt punkt i dette koordinatsystemet kalles en hendelse. Når det er sagt, kan vi få definisjonen av et svart hull.

Svart hull er et område i romtiden der tyngdekraften er så, men sååååååååå sterk at ingen gass, støv, partikkel eller til og med lyset ikke kan bryte seg løs fra det! De blir alle STERKT tiltrukket av gravitasjonskraften inn i det svarte hullet og forsvinner til et sted som fortsatt er ukjent selv i dag for forskerne. Det interessante her er at hvis selv lyset ikke kan bryte seg fri fra denne kraften, er det umulig å se et svart hull eller til og med å vite hvor det er et. Det er som å prøve å se et svart objekt i en svart bakgrunn, du kan ikke se, eller hvis du gjør det, er det veldig vanskelig. Så, hvordan forskeren gjør det?

I teorien dannes svarte hull vanligvis når en svært massiv stjerne, mye tyngre enn solen, kollapser på slutten av sitt liv. Massen er en svært viktig faktor for å avgjøre om den døde stjernen kommer til å bli et svart hull eller en nøytronstjerne. Denne supermassestjernen presses sammen på svært liten plass på grunn av tyngdekraften, og for å danne det svarte hullet kan den kompakte massen deformere romtiden, ifølge den generelle relativitetsteorien.

Denne deformeringen av romtiden skaper en gravitasjonsakselerasjonskraft som peker mot sentrum av det tette masselegemet. Og på grunn av denne kraften begynner gass og partikler i nærheten av det svarte hullet å øke rotasjonshastigheten og trekkes inn i det svarte hullet. Dette fenomenet kalles Akkresjonsskive.

Denne gravitasjons- og friksjonskraften får all gass og alle partikler med elektriske ladninger til å generere ikke bare en temperaturstigning, men også elektromagnetisk stråling med ulike frekvenser, som infrarød eller røntgen. På grunn av denne fantastiske egenskapen kan et svart hull bli "sett". Dette er bra, men det letter ikke forskerens jobb 100 prosent, du har en frekvens du kan spore, men du kan fortsatt ikke si "å se, et svart hull der borte på himmelen". Vi kan ikke behandle lyset fra det svarte hullet på lik linje med en vanlig stjerne; de er veldig forskjellige fra hverandre. Men den gode nyheten er at det svarte objektet fra begynnelsen nå er litt opplyst i den svarte bakgrunnen.

På det første bildet av det svarte hullet kan vi se tilvekstskiven. Det svarte hullet er i dette tilfellet 6,5 millioner ganger tyngre enn solen vår, og befinner seg i galaksen Messier 87, 53 millioner lysår fra jorden. Bildet ble tatt med tidsarbeid fra åtte forskjellige teleskoper rundt om i verden, Event Horizon Telescope, og noen andre romteleskopoppdrag, som samlet inn data fra M87 samtidig i april 2017. Hvert av teleskopene tok opp ulike data fra det svarte hullet, og til slutt ble alt satt sammen til et bilde. Det kan høres enkelt og enkelt ut, men forskerne måtte jobbe hardt for å forstå alle dataene og hvordan de skulle behandles, hvilken algoritme som skulle brukes og hvordan den skulle brukes.

In an article published in 1997 by Genzel showed that collect data from five different years, from 1992 to 1996, capture fast-moving stars in the immediate vicinity of Sgr A*, and that a very large and heavy dark mass resides in the middle of these stars. “There is no stable configuration of normal stars, stellar remnants or substellar entities at that density” says the article (GENZEL et al., 1997). Concluding, “there must be a massive black hole at the core of the Milky Way”.

I en annen artikkel publisert i 1998 av Ghez, oppdaget en to år lang studie det samme mønsteret av bevegelige starter på samme sted, som det står i artikkelen: "Toppene i både stellar overflatetetthet og hastighetsspredning stemmer overens med posisjonen til det svarte hullet (som fortsatt var kandidat på den tiden) Sgr A*" (GHEZ et al., 1998). Bildene som ble brukt i studien, ble tatt med nær-infrarøde bølgelengder, som er den frekvensen som tilvekstskiven sender ut.

Her er en kort liste med disse artiklene:

GENZEL, R. et al. On the nature of the dark mass in the centre of the Milky Way. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society), v. 291, nr. 1, s. 219-234, 11 ut. 1997.

GHEZ, A. M. et al. Stjerner med høy egenbevegelse i nærheten av Sagittarius A\ast: Bevis for et supermassivt svart hull i sentrum av galaksen vår. Astrofysisk tidsskrift, v. 509, nr. 2, s. 678-686, des. 1998.

GHEZ, A. M. et al. Måling av avstand og egenskaper til Melkeveiens sentrale supermassive svarte hull ved hjelp av stjernebaner. Astrofysisk tidsskrift, v. 689, nr. 2, s. 1044-1062, des. 2008.

Er ikke universet så vakkert?

All of this is already incredible but is still a lot more to come, like David Haviland chair of the Nobel Committee for Physics said “…these exotic objects still pose many questions that beg for answers and motivate future research. Not only questions about their inner structure, but also questions about how to test our theory of gravity under the extreme conditions in the immediate vicinity of a black hole”. And we will be here, looking forward to the next break though! Meanwhile, we thanks this year’s Laureates Roger Penrose, Reinhard Genzel og Andrea GhezDu er fantastisk!

Hvis du også vil lese om Roger Penroses arbeid, finner du her noen artikler som beskriver arbeidet hans. En av dem ble publisert sammen med den legendariske Stephen Hawking. Du kan også sjekke ut disse artiklene her:

HAWKING, S.; PENROSE, R. Rommets og tidens natur. American Journal of Physics, v. 65, nr. 7, s. 676-676, 1. juli 1997.

EHLERS, J.; RINDLER, W.; PENROSE, R. Energibevaring som grunnlag for relativistisk mekanikk. II. American Journal of Physics, v. 33, n. 12, s. 995-997, 1 dez. 1965.

NEWMAN, E.; PENROSE, R. An Approach to Gravitational Radiation by a Method of Spin Coefficients. Journal of Mathematical Physics, v. 3, n. 3, s. 566-578, 1 maio 1962.

PENROSE, R.; RINDLER, W. Energy Conservation as the Basis of Relativistic Mechanics. American Journal of Physics, v. 33, n. 1, s. 55-59, 1. jan. 1965.

If you have a project or a presentation coming up about any astronomy field, you can use Mind the Graph to make your content more efficient, didactic and fun! We know is hard to get good pictures on the theme so we are here to help you with that, you can check our content about astronomy her.

I Mind the Graph finner du alt du trenger, og hvis du ikke finner det du trenger, kan vi hjelpe deg!

Let’s improve communication in science together! Are you ready to give a try?

Nobelprisen og det første bildet av et svart hull

Abonner på nyhetsbrevet vårt

Om Fabricio Pamplona