En skarp ring av ljus skapad av fotoner som rasar runt baksidan av ett supermassivt svart hål har upptäckts av forskare som arbetar på Event Horizon Telescope (EHT). Observationen bekräftar en förutsägelse av Einsteins allmänna relativitetsteori och kastar ytterligare ljus över det svarta hålets massa och den kraftfulla strålen av material som utgår från det supermassiva föremålet.
EHT är en global uppsättning radioteleskop, som när de kombineras har en öppning som är tillräckligt bred för att lösa de omedelbara omgivningarna av supermassiva svarta hål. Under 2019 producerade EHT-forskare första bilden någonsin av den glödande skivan av gas och "skugga" som omger det supermassiva svarta hålet M87*. Detta objekt är i hjärtat av galaxen Messier 87 och tros vara cirka 7 miljarder gånger mer massiv än solen. EHT pekade sedan mot det supermassiva svarta hålet i mitten av Vintergatan och en bild av objektets skiva och skugga släpptes tidigare i år.
Nu EHT-forskare under ledning av Avery Broderick från Kanadas Perimeter Institute for Theoretical Physics och University of Waterloo har återvänt sina observationer av M87* i jakt på en skarp ring av ljus skapad av fotoner som gör en halvomloppsbana runt baksidan av det svarta hålet innan de reser till jorden. Denna ring förutsägs av generella relativistiska magnetohydrodynamiska simuleringar av området kring M87* men kunde inte ses på grund av den ljusa skivan av diffust ljus som skapas av fotoner som reser direkt till jorden.
Att se eldflugorna
"Vi stängde av strålkastaren för att se eldflugorna", säger Broderick och tillägger, "Vi har kunnat göra något djupgående – att lösa en grundläggande gravitationssignatur runt ett svart hål". Teamet gjorde detta med en ny bildalgoritm som de lade till DEM – ett analysramverk som hjälper forskare att förstå EHT-observationer.
Teammedlem Hung-Yi Pu från National Taiwan Normal University säger att den nya algoritmen tillåter samarbetet att "skala bort" delar av en EHT-bild så att "miljön runt det svarta hålet kan avslöjas tydligt".
Att bygga ett teleskop i planetstorlek
Förutom att observera fotonringen, fann teamet bevis för en kraftfull roterande stråle av material som kastas ut från området för det svarta hålet. Den senare observationen bekräftar den teoretiska förutsägelsen att det svarta hålets rotation skapar ett kraftfullt utflöde av material. Den här senaste analysen i kombination med tidigare observationer har också gjort det möjligt för teamet att ge det bästa värdet hittills för massan av M87*, och fastställt den till 7.13 ± 0.39 miljarder solmassor.
Teorin förutspår att fler ringar borde finnas runt M87*, var och en motsvarar fotoner som gör olika banor runt det svarta hålet. Teamet anser att det borde kunna förfina sin analys för att se åtminstone ytterligare en av dessa ringar.
Forskningen beskrivs i The Astrophysical Journal.
