Här är Sagittarius A*, det supermassiva svarta hålet i hjärtat av vår galax – en snäll jätte som inte kommer att vara lugn för evigt

Vetenskapshistoria skrevs förra veckan när världen fick se det första fotografiet av det supermassiva svarta hålet i Vintergatans centrum, Sagittarius A*. Så kallas bjässen som bor där inne. Och Albert Einstein ler än en gång från sin molnkant.

Här är det supermassiva svarta hålet i hjärtat av vår galax – en snäll jätte som inte kommer att vara lugn för e

32:54

När Nobelkommittén beslöt om mottagarna av 2020 års fysikpris vägde de sina ord på guldvåg. Forskarna Reinhard Genzel och Andrea Ghez belönades inte för att de hade upptäckt det supermassiva svarta hålet i Vintergatans centrum. De fick priset ”för upptäckten av ett supermassivt kompakt objekt i Vintergatans centrum”.

Vi vet med andra ord nu någonting som Nobelkommittén inte visste med full säkerhet 2020. Och det nu publicerade, historiska fotot är det som avgjorde saken: det existerar ett supermassivt svart hål i hjärtat av vår galax.

Fotot existerar tack vare ett internationellt projekt kallat Event Horizon Telescope som har samkört flera av världens största radioteleskop och på så vis skapat ett virtuellt teleskop, stort som hela jorden. 2019 producerade samma projekt det allra första fotografiet någonsin av ett svart hål, det supermassiva svarta hålet i galaxen Messier 87 (M87).

Men galaxen M87 är super-avlägsen! 53 miljoner ljusår eller så. Sagittarius A* är vårt eget supermassiva svarta hål. Ynka 27 000 ljusår härifrån. Att få se det med egna ögon, eller nåja, med Event Horizon-teleskopets ögon, det är stort på ett helt unikt sätt.

I veckans Kvanthopp tittar vi närmare på Sagittarius A*. Vad är det egentligen för ett monster som lurar i hjärtat av vår hemgalax? Ja, det kallas ofta för “monster” i rubrikerna, men stämmer det här? Hur farligt är det egentligen på de supermassiva svarta hålens skala? Är det lite som en super-mega-jättestor vulkan som kan vakna upp när som helst och sen har ingen roligt längre? Låt oss ta en titt!

Jakten på monstret inleds

Tio år efter Albert Einsteins död, i januari 1965, bevisade Roger Penrose att svarta hål faktiskt kan uppstå. Precis sådär som Einstein hade förutsagt med sin allmänna relativitetsteori 1915. För det här fick Penrose hälften av Nobelpriset i fysik 2020.

Andra hälften av det årets fysikpris delades sedan alltså av den tyska respektive den amerikanska fysikern Reinhard Genzel och Andrea Ghez. Det är tack vare dem som vi länge har anat att det finns ett supermassivt svart hål i mitten av vår egen galax Vintergatan. Det var de som i början av nittiotalet upptäckte att det fanns någonting där.

Och i dag kan vi alltså se med egna ögon på ett tvättäkta foto av det där någonting. Vi kan alltså inte se det supermassiva svarta hålet självt, det är ju alltså som namnet säger helt svart. Men vi ser det som omger hålet: lysande gas, superhet, torterad plasma som virvlar runt hålet i hastigheter som närmar sig ljusets. Lite på samma sätt som vattnet som virvlar ned i badkarets avlopp.

Och sedan, i mitten: en mörk region, den så kallade skuggan. Monstrets svarta öga som verkar stirra rakt åt vårt håll.

Men det är ingen fara, det är 27 000 ljusår mellan det här monstret och oss. Med ett sådant avstånd är Sagittarius A*:s skenbara storlek på himlen extremt liten – densamma som hos en croissant på månens yta, sedd från jorden.

För att avbilda ett så avlägset objekt byggde forskarna som sagt upp det världsomspännande virtuella radioteleskopet Event Horizon Telescope. Det här gjorde de genom att koppla samman åtta av världens kraftfullaste radioteleskop, inklusive ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) i Atacamaöknen i Chile. Jag hade själv tillfället att besöka det här teleskopet 2014.

Observationerna som bilden bygger på gjordes faktiskt redan 2017. Då samlades data flera timmar i sträck, lite på samma sätt som man gör en långtidsexponering med en kamera.

Att studera det man inte ser

Men vänta nu! Alltså, den första bilden någonsin av ett svart hål är från 2019. Jag sade redan att Reinhard Genzel och Andrea Ghez har studerat Sagittarius A* sedan början av 1990-talet med hjälp av sina teleskop. Vad har de då egentligen observerat om de inte har sett själva hålet? Tills nu, det vill säga. Tja, de har alltså kartlagt omloppsbanorna hos några av de starkast lysande stjärnorna som ligger allra närmast Vintergatans mitt.

De två forskarnas observationer ledde dem till samma slutsats: att ett osynligt och extremt tungt objekt får stjärnorna kring galaxens hjärta att rusa runt med hastigheter på upp till 24 000 km/s (som jämförelse: vår sol glider runt i galaxen med stillsamma 230 km/s).

Det här någonting måste enligt beräkningarna, för att kunna slunga stjärnor på det viset, ha ungefär samma massa som hos fyra miljoner solar. Allt det här inom ett område som inte är större än vårt solsystem. Och det här någonting kan bara kan vara ett supermassivt svart hål. Vår hemgalax riktigt egna svarta jätte. Så gott som alla större galaxer tros hysa sådana i sina kärnor. Också vår granngalax Andromeda har ett sådant hål, ett som är uppemot femtio gånger större än Vintergatans, faktiskt.

Och i motsats till Andromedas motsvarighet har vi alltså ett foto av vår hemgalax Vintergatans svarta jätte, Sagittarius A*. Och vi kan jämföra det med den första bilden av ett svart hål från 2019, super-mega-jättehålet i galaxen Messier 87 (M87). De här två svarta hålen är häpnadsväckande lika på bild, trots att Vintergatans svarta hål till storleken bara är en tusendel av hålet i M87. Med sin diameter på 100 miljarder kilometer och 6,5 miljarder solmassor är M87* bland de största i sitt slag som vi känner till i hela universum.

Och att de bägge hålen är så lika på bild, trots sina enorma skillnader i storlek, är redan det en viktig bit av information för forskarna. Det säger dem att Einsteins relativitetsteori funkar just så som vi utgick ifrån att den gjorde. I och med att vi nu kan se att de supermassiva svarta hålen böjer ljuset runt sig på precis samma sätt.

"Som en hundvalp som jagar sin egen svans"

Bedriften att fotografera Sgr A* är för övrigt betydligt större än för M87*, också om Sgr A* ligger mycket närmare – 27 000 ljusår versus M87:s 53 miljoner ljusår. Gasen nära de svarta hålen virvlar alltså runt själva hålet hiskeligt fort – nästan lika fort som ljuset. Det här gäller för både Sgr A* och M87*. Men medan gasen tar flera dygn eller veckor att röra sig runt det jättelika M87* är omloppstiden kring det mindre Sgr A* bara några minuter.

Det här betyder att ljusstyrkan och gasvirvelns form kring Sgr A* förändrades snabbt och kontinuerligt under EHT-observationerna – det var lite grann som att försöka få en skarp bild av en hundvalp som jagar sin egen svans, som en forskare uttryckte det.

Av den här orsaken behövde forskarna utveckla nya metoder som tog hänsyn till gasrörelsen kring Sgr A*. M87* var ett enklare, mer stabilt mål, där alla bilder var mer eller mindre identiska, men Sgr A* var något helt annat. Bilden av det svarta hålet Sgr A* är därför ett medelvärde av de olika bilder som forskarlaget producerade.

Att en sådan här bild överhuvudtaget möjlig att producera beror helt på uppfinningsrikedomen hos de 300 deltagande forskarna från de 80 instituten världen över, som tillsammans utgör EHT-samarbetet. I fem års tid jobbade forskarna intensivt med superdatorer för att kombinera och analysera informationen.

Forskarna är särskilt upprymda över att nu ha bilder av två svarta hål med så otroligt olika massor, ett av de största och ett av de minsta, vilket ger möjlighet att förstå deras skillnader och likheter. Det här gör det möjligt att testa hur gravitationen beter sig i dessa extrema miljöer. Något som är helt avgörande för hur själva galaxerna bildas och tar form.

Och som lekman kan jag ju inte låta bli att fascineras bara av att få se de här otroliga bjässarna som för mig representerar universum då det är som extremast. Ett supermassivt svart hål är alltings ändhållplats. Allting som råkar komma för nära, vill säga.

Livet på den galaktiska bondvischan

Ta nu en stjärna som solen, till exempel. Den är det överlägset största objektet i skyn här i vårt grannskap. En miljon jordklot skulle få rum inuti solen. Ändå skulle ett svart hål i stil med M87* eller Sgr A* slita den i stycken som en trasdocka om solen skulle råka irra sig för nära någondera hålet. Gasen som solen består av skulle sugas in i dödsspiralen kring hålet, som garn från ett garnnystan. Dödskampen skulle pågå länge, men till slut skulle solen vara borta.

Nå, nu behöver vi inte oroa oss för att vår kära sol (och vi själva) ska råka ut för ett så ruskigt öde. Vi befinner ju oss här ute på den galaktiska landsbygden, långt ifrån galaxens myllrande centrum, där monstret Sagittarius A* bor.

Och inte ens om solen och vi var där, i centrum, så skulle vi vara i någon omedelbar fara för att trilla in i monstrets käft. De facto så är det tvivelaktigt om det ens är rättvist att kalla Sgr A* för ett monster, sade astrofysikern Shep Doeleman från Harvard-universitetet, ledande forskare för Event Horizon Telescope-samarbetet i en intervju för dr. Brian Keatings Youtubekanal.

– Sagittarius A* är den mest timida storslukaren du kan tänka dig. Skulle den vara en människa, då skulle den äta ungefär ett risgryn med en miljon års mellanrum.

Sagittarius A* är med andra ord ett av de mindre och lugnare supermassiva svarta hålen som vi känner till. En snäll jätte. Inte alls något monster, fortsatte Shep Doeleman.

– Sagittarius A* är inget monster, och är den det så är den hur som helst vårt monster, sade Doeleman. Ett som låter oss studera det från vår relativt närbelägna position. 27 000 ljusår är inte långt borta när vi snackar om den galaktiska skalan. Men ändå betryggande långt borta om Sgr A* skulle få för sig att brusa upp.

Ett raseriutbrott i det förflutna

Vi vet de facto att Vintergatans supermassiva svarta hål har brusat upp och rutit till för inte så länge sedan. För tre och en halv miljoner år sedan spottade Sagittarius A* ut en enorm kaskad av strålning som skulle ha gått att se klart och tydligt härifrån jorden. Det här enligt en studie från 2019.

Faktum är att våra tidiga förfäder antagligen såg det hela. Lucy kan ha sett det. Visst vet ni ju Lucy, hon vars skelett hittades i Etiopien 1974. Tillhörde arten Australopithecus afarensis som vi sannolikt härstammar från. Vad Lucy tänkte om det hon eventuellt såg i skyn, det är sedan en annan femma. Tänkande var inte Lucys och hennes vänners starka sida ännu på den här tiden.

Hur som helst så går rökpuffen från Sagittarius A*:s utbrott för 3,5 miljoner år sedan ännu att se. Den existerar i form av ett spår av gas som kallas Magellanska strömmen, som ligger cirka 200 000 ljusår bort och omger hela Vintergatan.

Med andra ord, Sgr A* är en snäll och slumrande jätte nu, men det har inte alltid varit så här – och kommer inte att fortsätta så för all framtid. Forskarna har inte förrän de senaste åren börjat inse att vår galax supermassiva svarta hål har potential till ett enormt aktivt, till och med explosivt beteende.

Den här aktiviteten kommer och går, den har flimrat av och på i miljarder år. Exakt vad det här on-off-beteendet beror på är det ingen som vet, men det kan ha något att göra med hur material råkar dumpas i det svarta hålet. En större mängd stjärnmateria som drattar in i monstrets gap på en och samma gång. Då kan det bli lite som när vattendroppar faller på spisens värmeplatta och sprattlar och smäller sådär lätt kaotiskt, beroende på deras storlek.

Och en sådan värmeplatta som är fyra miljoner gånger mer massiv än själva solen vill man ju inte bo värst nära när det börjar droppa saker på den. Lyckligtvis gör vi som sagt inte det, här ute bakom den galaktiska Ring III:an, på vår stabila stenplanet som kretsar kring den lilla, gamla och lugna stjärnan Sol.

Svarta hål, en gammal publikfavorit

Men också här på den galaktiska bondvischan kan vi ju inte låta bli att fascineras av och drömma om de svarta hålen. Faktum är att en av de allra vanligaste frågorna som undertecknad har fått av barnen då jag har varit ute och talat om rymden i skolor, är just den här. “Vad finns inuti ett svart hål?”

Och det är ju en utmärkt fråga. En som vi fortfarande inte har något bra svar på. De nuvarande teorierna bryter samman på andra sidan händelsehorisonten. Ekvationerna slirar ut i oändlighet. Och det är ett tecken på att de är, tja, bristfälliga.

Hur som helst: så mycket vet vi att ett svart hål är en sorts zombiestjärna, en levande död jättestjärna som blev för stor för sitt eget bästa. Sedan dog den – vi kallar jättestjärnans dödsögonblick för supernova – och kollapsade in i sig själv. Och nu är den en odöd svart kannibalsol som slukar kosmisk gas, till och med hela stjärnor som har oturen att komma för nära.

Svarta hål uppträder som sagt ofta i mitten av galaxer, då som jättelika supermassiva svarta hål med upp till flera miljarder gånger vår sols massa. Men också små svarta hål på ett par-tre solmassor tros förekomma i stora mängder i universum. Också här i vår galax Vintergatan lär det vandra runt otaliga sådana där ute i mörkret.

Men de är väldigt svåra att observera, eftersom de alltså inte avger något ljus på grund av sin otroligt starka gravitation. Därav alltså namnet. Det enda sätt man normalt kan dra några slutsatser om dem är genom hur deras gravitation påverkar objekt i deras närhet.

Det som ett svart hål tros ruva på längst inne är alltså en singularitet. En singularitet är en extrem slutsats som Einsteins allmänna relativitetsteori pekar mot. Den är en plats där själva rumtiden är oändligt krökt, det vill säga tyngdkraften är oändligt stark, bokstavligen.

Bara en riktning – inåt

Det här är lite svårt att förstå på något meningsfullt sätt. En singularitet är en endimensionell plats där det bara existerar en riktning – inåt – och där avståndet mellan två olika punkter är exakt noll. Till exempel mellan din näsa och dina fötter, om du har oturen att råka ramla in.

Men tack vare att tiden är någonting väldigt relativt, som Einstein visste berätta, kommer dina kompisar som står utanför (på ett tryggt avstånd) och ser dig ramla in, att se det som att du aldrig når längre än händelsehorisonten.

Händelsehorisonten är alltså själva det svarta hålets yttre gräns eller “yta”. Ingenting som trillar in bortom den här horisonten, vare sig det är ljus eller materia, kommer någonsin att slippa tillbaka ut.

För dina kompisar som ser dig trilla allt närmare händelsehorisonten kommer det att verka som du stelnade och fastnade mitt i fallet. Som en staty, för evigt frusen i tiden, bokstavligen tills universum dör av ålderdom.

Du kommer inte att uppleva det så här, för dig verkar tiden gå helt normalt när du passerar händelsehorisonten, men det kan bli svårt att titta på klockan, för gravitationen kommer att spagettifiera dig, vilket innebär precis vad det låter som.

Det vill säga, åtminstone om du väljer ett på tok för litet svart hål på bara något tiotal solmassor. Väljer du ett riktigt stort, supermassivt svart hål så borde du åtminstone i teorin kunna passera oskadd genom händelsehorisonten. Men jag skulle ändå rekommendera att du låter bli.

De svarta hålen må vara udda outsiders just nu, men i den obegripligt avlägsna framtiden, om en googol år (10100, eller tio sexdeciljarder eller 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 år), kommer universum att träda in i de svarta hålens era. Om man får tro den så kallade Big chill-teorin om universums framtida öde.

Det här är så långt in i framtiden att vid det laget har alla stjärnor brunnit slut, till och med de otroligt långlivade röda dvärgarna. Och inga nya stjärnor bildas längre. Bara svarta hål återstår.

Vargar utan någonting att äta

Och inte ens de svarta hålen har någon desto större poäng med sin tillvaro i det här skedet, i och med att det inte finns någon mer materia att sluka. Det är lite som ett universum befolkat av idel vargar, men ingenting för de vargarna att äta.

Länge utgick man ifrån att svarta hål är absolut enkelriktade punkter utan återvändo, som för evigt behåller det som de slukar. Men idag utgår vi från att svarta hål de facto förlorar massa med tiden, genom det som kallas Hawkingstrålning. De avdunstar, kunde man kanske säga. De minsta svarta hålen ryker först, men de största supermassiva hålen kommer också att dunsta bort till slut.

Och då dör universum, när allt bara är en jämntjock, mörk, kall, otroligt tunn gröt av nästan ingenting.

Men vad säger jag? Nu är det ju snart sommar! Bort med sådana här tankar. Nu ska vi njuta av vår egen sol, som för övrigt är för liten för att någonsin kunna bli ett svart hål. Också solen kommer hur som helst att bli farlig när den närmar sig slutet av sin bana, men det är en annan historia. Före det ska vi hinna ha semester och bli myggbitna och förhoppningsvis lite solbrända också.