Astronomer har upptäckt den första bilden av ett svart hål i mitten av vår galax – Vintergatan. Bilden har utvecklats av Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, ett internationellt team med mer än 300 forskare från fem kontinenter, inklusive Afrika.
Svarta hål förutspåddes för ett sekel sedan av Albert Einsteins allmänna relativitetsteori. De är så täta ytor att ingenting, inklusive ljus, kan fly. Deras gräns är känd som händelsehorisonten, vilket anger återkomstpunkten. Detta är bara en av anledningarna till att dessa föremål är dolda för våra ögon. En annan är att när de placeras i ett kosmiskt sammanhang är de väldigt små. Om vår Vintergatans galax var lika stor som en fotbollsplan, skulle dess svarta håls händelsehorisont vara en miljon gånger mindre än stiftet i mitten.
Så hur tar man ett foto? Vårt team gjorde detta genom att tända ett ljus från en het roterande gas i omedelbar närhet av det svarta hålet. Detta ljus, med en våglängd på 1 millimeter, registreras av ett globalt nätverk av antenner som bildar ett enda virtuellt teleskop i jordstorlek.
Ljuset ser mer ut som en ring, en karakteristisk signatur som är ett direkt resultat av två huvudprocesser. För det första är det svarta hålet så tätt att det böjer ljusvägen bredvid. För det andra fångar den ljus mycket nära händelsehorisonten. Den blandade effekten skapar en skugga som kallas svart håls skugga – en ljus ring som omsluter bristen på klart ljus centrerat i ett svart hål. När det gäller vårt svarta hål för Vintergatan är den här ringen ungefär lika stor som en månkatt, och det krävs extraordinära ingenjörsinsatser för att hålla den i rampljuset.
Läs mer: Hur vi ritade den första bilden av ett supermassivt svart hål i mitten av Vintergatan
Demonstration av vårt svarta hål Skytten A * är inte bara ett stort ögonblick för vetenskapen. Det kan också vara en viktig katalysator för att diversifiera afrikansk astrofysikforskning med hjälp av befintliga styrkor. Av de mer än 300 EHT-teamen på den afrikanska kontinenten var bara två vi. Det finns inga EHT-teleskop på kontinenten – vi togs ombord för ett experiment som vi utvecklat för Square Mile Array (SKA), världens största radioteleskop med Sydafrika och Australien som värd.
Varför bilden är viktig
Det är inte första gången som bilden av ett svart hål drar till sig människors uppmärksamhet. Vi var också medlemmar i teamet som fotograferade det första svarta hålet 2019 (Messier 87, i mitten av en annan galax, 55 miljoner ljusår bort). Det uppskattas att mer än 4,5 miljarder människor såg bilden. Skytten A * dominerade också rubrikerna och fångade människors fantasi.
Men resultatet är mer än bara en otrolig syn. Överflödet av rika vetenskapliga resultat har beskrivits av teamet i tio publikationer. Här är tre nyckelpunkter.
För det första är bilden en betydande bekräftelse på Einsteins allmänna relativitetsteori. EHT har nu kartlagt två svarta hål med massor av mer än 1 000. Trots den dramatiska skillnaden i massa överensstämmer den uppmätta storleken och formen med teoretiska förutsägelser.
För det andra har vi nu ritat svarta hål med väldigt olika miljöer. Många tidigare studier under de senaste två eller tre decennierna har visat starka empiriska bevis för att galaxer och deras svarta hål utvecklats tillsammans i rymdtiden, trots deras helt olika dimensioner. I jättegalaxer som M87, såväl som i mer typiska galaxer som vår Vintergatan, när vi närmar oss händelsehorisonten för svarta hål, lär vi oss mer om hur denna till synes otänkbara koppling mellan ett svart hål och dess värdgalax förverkligas.
För det tredje ger bilden oss nya insikter om det centrala svarta hålet i vårt galaktiska hem. Det är det djur som ligger närmast jorden, så det ger ett unikt laboratorium för att förstå denna interaktion – i motsats till att noggrant undersöka ett träd i din trädgård för att bättre förstå skogarna vid horisonten.
Sydafrikas geografiska fördel
Vi är stolta över att vara en del av teamet som producerade de första svarta hålsbilderna. Vi tror att Sydafrika och den afrikanska kontinenten i framtiden kan spela en viktig roll för att göra de första svarta hålsfilmerna i bredare bemärkelse (inklusive det gemensamma holländsk-namibiska initiativet).
Läs mer: Den kombinerade kraften hos de två teleskopen hjälper till att reda ut mysteriet med de hemska ringarna på himlen
Precis som med landets nyckelroll inom paleoantropologi finns det bidrag till global astronomi som bara kan göras från Sydafrikas jord. Skytten A * ligger på den södra himlen, direkt ovanför Sydafrika. Detta är den främsta anledningen till att denna utsikt över Vintergatans centrum, skjuten av MeerKAT (SKA:s korrespondent), är den bästa.
Foto på MeerKAT Galaxy Center (ovan). Förutspådd bildprestanda för ögonblicksbilder (längst ner i mitten) baserat på simulerad svart hålsfilm (nedre till vänster) med en förstärkt EHT-matris (nederst till höger) i Afrika.Heywood et al. (2022) / SARAO, M. Johnson (Harvard och Smithsonian)
Sydafrika har också en väletablerad infrastruktur i sina skyddade astronomiska områden. Och han har ingenjörer i världsklass i framkanten av sin konst. Detta säkerställer snabb leverans av billiga, högpresterande teleskop.
Den nya tekniken är också på vår sida: den avancerade simultan multi-frequency receiver design som föreslagits av våra koreanska kollegor innebär att EHT-platser inte längre behöver placeras på den renaste, högsta höjden på jorden.
Det finns alla faktorer för en dramatisk ökning av antalet unga afrikaner som deltar i denna nya era av beskrivning av svarta hål och exakta tyngdkraftstester. Under de kommande åren hoppas vi kunna skriva om afrikanska forskare som leder EHT-vetenskap med hög genomslagskraft och synlighet i synergi med upptäckter som inte skulle kunna göras i Sydafrika utan teknik, såväl som astronomi och vetenskaplig forskning med flera våglängder. högenergiprogram för astrofysik.
