Astronomer (och hela mänskligheten) har en semester: den första bilden av ett svart hål presenteras. Det skapades med hjälp av Event Horizon Telescope (EHT), ett virtuellt teleskop som består av flera radioteleskoper runt om i världen. Bilden visar material runt ett supermassivt svart hål i mitten av en galax som är 55 miljoner ljusår bort. Och ja, ett svart hål är koncentrerad fysik, galna gravitationsfenomen på gränsen till de möjliga och de omöjliga, extrema förhållandena (du kan läsa mer om hur svarta hål fungerar här). Men det finns flera frågor.
Är ett svart hål svårt att se eftersom det är svart?
Inte. Det är ja. Det är sant: svarta hål är svarta. Vanligtvis ser vi alla slags stjärnor och allt eftersom ljuset som de avger når våra teleskoper (eller rakt in i våra ögon), och vi registrerar det. Svarta hål är riktigt svarta. De avger inte synligt ljus (på grund av komplexa gravitationsproblem), så de kan inte ses.
Men detta är inte ett stort problem. Om vi hade ett svart hål i vårt solsystem skulle du se det. Du skulle se rymdets krökning genom dess närvaro och du skulle se ämnet som kretsar kring denna tratt. Om du har sett filmen Interstellar, visar den ungefär en visualisering av ett svart hål - det gjordes med hjälp av astrofysiker Kip Thorne.
Det svarta hålet är svårt att se eftersom det är litet. Tja, okej, inte så liten som en myra, till exempel. Hon är liten i den meningen att en person är liten när man tittar på en kilometeravstånd. Den bästa termen skulle vara vinkelstorlek. Om du vrider på huvudet i en cirkel får du en 360-graders helhetsvy (men kom ihåg att vända kroppen också, annars böjer du din nacke). Om du håller tummen i armlängden är det ungefär en halv graders vinkelstorlek. Månen har ungefär samma vinkelstorlek, så att du kan täcka den med tummen.
Hur är det med det svarta hålet? Ja, det är enormt. Det är också 55 miljoner ljusår bort. Detta innebär att det kommer att ta 55 miljoner år för ljus att resa så långt. Det är otroligt långt borta. Men vinkelstorleken hindrar oss verkligen. Ett svart hål (åtminstone den synliga delen) har en vinkelstorlek på cirka 40 mikroarsekunder.
Vad är ett mikroarxsekund? Som ni vet är cirkeln uppdelad i grader (och har varit det länge). Varje grad kan delas in i 60 bågsminuter och varje minut är 60 bågsekunder. Om du delar upp ett bågsekund i en miljon delar får du ett mikrosekund. Kom ihåg att månens vinkelstorlek är 0,5 grader (sett från jorden)? Detta innebär att månens vinkelstorlek är 45 miljoner gånger större än storleken på ett svart hål. Det svarta hålet är litet beträffande dess vinkelstorlek.
Kampanjvideo:
Men det är inte allt. På grund av diffraktion kan vi inte se saker med små vinkelstorlekar. När ljus passerar genom en öppning (till exempel genom ett teleskop eller in i ögat) sprids det. Det böjs på ett sådant sätt att det stör det resterande ljuset som passerar genom hålet. När det gäller ögat betyder det att människor kan göra ut föremål med en vinkelstorlek på cirka 1 bågsminutt.
Och det betyder också att något så litet som ett svart hål är svårt att fånga på ett foto.
Hur kan man övervinna diffraktionsgränsen?
Låt oss erkänna. Saker med små vinkeldimensioner är verkligen svåra att se - hur ska vi då se materialet runt ett svart hål? Teleskopets vinkelupplösning beror egentligen bara på två saker: hålets storlek och ljusets våglängd. Att använda kortare våglängder (som ultraviolett eller röntgenstrålning) ger bättre upplösning. Men i detta fall använder teleskopet våglängden för ljus i millimeterområdet. Detta är ganska lång våglängd jämfört med synligt ljus, som ligger inom 500 nanometerområdet.
Och detta betyder att det enda sättet att övervinna diffraktionsgränsen är att göra teleskopet större. Det är vad de gjorde med Event Horizon Telescope. I grund och botten är det ett teleskop på jorden. Galenskap, men sant. Genom att samla in data från flera teleskop i olika delar av världen kan du kombinera data för att förvandla dem till data från ett GIANT-teleskop. Det är sant att du måste prova. Men det finns problem med den här metoden också. Med bara ett fåtal teleskoper använder EHT-teamet ett antal analystekniker för att skapa den mest troliga bilden från insamlade data. Så de lyckades "rita" material runt det svarta hålet.
Är detta ett riktigt foto av ett svart hål?
Om du tittar genom ett teleskop och ser Jupiter, ser du faktiskt Jupiter. Obs! Om du inte har gjort det ännu, se till att prova det. Det är coolt. Solljus springer från Jupiters yta och reser sedan genom ett teleskop in i ögat. Bom. Jupiter. Han är verklig.
Men med ett svart hål är sakerna lite annorlunda. Bilden du ser finns inte ens i det synliga intervallet. Detta är en radiobild skapad av ljusets våglängder. Vad är skillnaden mellan radiovågor och vanligt synligt ljus? Faktum är att skillnaden bara är i våglängden.
Ljus- och radiovågor är elektromagnetiska vågor. Detta är en utbredning av ett förändrat elektriskt fält tillsammans med ett förändrat magnetfält (samtidigt). Dessa vågor rör sig med ljusets hastighet - eftersom de är lätta. Men eftersom radio och synligt ljus har olika våglängder, interagerar de med materien på olika sätt. Om du slår på radion hemma får du en signal från närmaste radiostation. Dessa radiovågor reser rakt igenom väggarna. Och de synliga passerar inte.
Detsamma gäller för bilder. Om du har synligt ljus från ett objekt kan du se det med ögat och spela in den här bilden på film eller med en digital inspelare. Denna bild kan sedan visas på en datorskärm och i själva verket visas. Så här kan du se en bild av månen.
När det gäller materialet runt det svarta hålet är detta inte en synlig bild. Detta är en radiobild. Varje pixel i bilden representerar en specifik våglängd, men radiovågor. De orange delarna är falska färgrepresentationer av 1 millimetervågen. Samma sak händer när vi vill "se" en bild i det infraröda eller ultravioletta området. Vi måste konvertera dessa våglängder till vad vi kan se.
Så detta skott av ett svart hål är inget vanligt fotografi.
Ilya Khel