Náðu fyrstu myndinni af risa­svart­holinu í miðju Vetrar­brautarinnar

Mynd svonefnds Sjóndeildarsjónauka (EHT) sem var birt í dag er fyrsta beina sönnunargagnið fyrir því að tröllaukið farg í miðju Vetrarbrautarinnar sé í raun og veru risavaxið svarthol. Stjörnufræðingar telja að slík risasvarthol sé að finna í miðju flestra vetrarbrauta í alheiminum.

Fram að þessu hafa þyngdaráhrif gríðarlega þungs og þétts fyrirbærisins í miðju Vetrarbrautarinnar á nálægar stjörnur verið notuð til að álykta að um risasvarthol væri að ræða. Massi svartholsins, sem er kallað Sagitarrius A*, er fjórum milljónum sinnum meiri en sólarinnar okkar.

Eðli málsins samkvæmt er myndin ekki af svartholinu sjálfu enda er þyngdarkraftur þess svo mikill að ekki einu sinni ljós sleppur frá því. Þess í stað sýnir myndin glóandi gasskífu og dökkan skugga svartholsins á henni.

Tækifæri til að bera saman ólík risasvarthol

Sævar Helgi Bragason, ritstjóri Stjörnufræðivefsins, segir myndina staðfestingu á því að í miðju Vetrarbrautarinnar sé sannarlega risasvarthol. Slík fyrirbæri hafi áhrif á umhverfi sitt og þróun vetrarbrauta.

Þetta var ekki í fyrsta skipti sem Sjóndeildarsjónaukanum tekst að mynda risasvarthol. Árið 2019 birtu aðstandendur sjónaukans fyrstu myndina sem náðst hafði af svartholi, risasvartholinu í miðju vetrarbrautarinnar Messier 87. Það er í um 55 milljón ljósára fjarlægð frá jörðinni.

Myndin af risasvartholinu í Vetrarbrautinni okkar gefur stjörnufræðingum því tækifæri til að bera svartholin saman. Þeir eru sagðir þegar byrjaðir að nota gögnin úr athugununum til þess að prófa kenningar og líkön um hegðun gass við risasvarthol. Hún er enn lítt skilin en er talin leika lykilhlutverk í myndun og þróun vetrarbrauta.

„Við vitum enn ekki hvernig gashringurinn í kringum þau virkar og hvernig nákvæmlega svarthol gleypa efni. Og þar af leiðandi vitum við ekki alveg hvernig svarthol vaxa, hvernig segulsvið í kringum þau verða til. Allt hefur þetta áhrif á umhverfið og þróun vetrarbrauta með tímanum. Sum risasvarthol eru með stróka sem skaga út frá sér. Af hverju ekki svartholið okkar? Og af hverju er það svona dauft miðað við önnur risasvarthol í mörgum öðrum vetrarbrautum?“ segir Sævar Helgi um ýmsar þær spurningar sem er ósvarað um eðli risasvarthola.

Stjörnufræðingunum kom það nokkuð á óvart hversu líkir jaðrar risasvartholanna tveggja reyndust þrátt fyrir að vetrarbrautirnar og svartholin tvö séu gerólík.

„Það segir okkur að í návígi við þau ræður almenna afstæðiskenningin ríkjum en að sá munur sem við sjáum á þeim fjær hljóti að vera af völdum efnissins sem umlykur svartholin,“ er haft eftir Söru Markoff úr vísindaráði Sjóndeildarsjónaukans og prófessor í kennilegri stjarneðlisfræði við Amsterdamháskóla, í tilkynningu um afrekið.

Eins og að ná skýrri mynd af hvolpi að elta skottið sitt

Þrátt fyrir gríðarlegan massa risasvartholsins var það enginn hægðarleikur fyrir stjörnufræðingana að ná mynd af því. Sagitarrius A* er í um 27.000 ljósára fjarlægð frá jörðinni. Stærð þess á himninum er sögð sambærileg við að reyna að skima eftir kleinuhring á yfirborði tunglsins frá jörðinni séð. Þvermál svartholsins er sambærilegt við fjarlæðgina á milli sólarinnar og Merkúríusar, innstu reikistjörnunnar í sólkerfinu okkar.

Sjóndeildarsjónaukinn er ekki hefðbundinn sjónauki heldur net átta samtengdra útvarpssjónauka sem spannar bæði hvel jarðar. Þeir mynda saman einn stóran sjónauka á stærð við jörðina.

Þrátt fyrir að Sagittarius A* sé mun nær jörðinni en svartholið í hjarta Messier 87 (M87) var að mörgu leyti mun erfiðara að mynda það. Svartholið í M87 er meira en þúsund sinnum stærra en okkar að massa og þvermáli, um 6,5 milljarðar sólmassa.

Risasvartholin eru umlukin gasi og efni sem þau sanka að sér. Gasið ferðast á því sem næst ljóshraða í kringum þau bæði. Vegna þess hversu stórt það er tekur það gasið í kringum M87 daga eða vikur að snúast í kringum svartholið þar. Í kringum Sagitarrius A* tekur það gasið hins vegar aðeins nokkrar mínútur að fara hringinn.

„Birta og útlit gassins við svartholið í Vetrarbrautinni breyttist því hratt þegar EHT-sjónaukanum var beint að því. Þetta var dálítið eins og að taka skýra mynd af hvolpi að elta skottið sitt,“ segir Chi-Kwan Chan, vísindamaður við Sjóndeildarsjónaukann hjá stjarnvísindadeild Arizona-háskóla í Bandaríkjunum, í tilkynningu um myndina.

Af þessum sökum þurfti að þróa tæki og tól til þess að reikna með snúningi gassins við myndatökuna. Myndin sem var kynnt í dag er í raun meðaltal af mismunandi myndum sem teknar voru með sjónaukanum. Myndirnar voru teknar á nokkrum nóttum árið 2017.

Sævar Helgi segir að meginmarkmið Sjóndeildarsjónaukans hafi verið að mynda risasvartholin tvö og það hafi nú tekist með glæsibrag.

„Nú er ætlunin að stækka hann, það er að segja að auka greinigæði til að fá enn skýrari myndir og betri gögn,“ segir hann um næstu verkefni sjónaukans.