Under 2019, Event Horizon Telescope Collaboration levererade den första bilden av ett svart hål, avslöjar M87*—det supermassiva objektet i mitten av M87-galaxen. Teamet har nu använt lärdomarna förra året för att analysera arkivdataset från 2009-2013, några av dem har inte publicerats tidigare.

Analysen avslöjar beteendet hos svarta hålsbilden under flera år, indikerar ihållande av den halvmåneliknande skuggfunktionen, men också variation av dess orientering – halvmånen verkar vingla. Det fullständiga resultatet publicerades idag i The Astrofysisk tidskrift .

Event Horizon Telescope är inte ett enda teleskop, men ett globalt partnerskap av teleskop – inklusive det UChicago-ledda sydpolsteleskopet – som utför synkroniserade observationer med hjälp av tekniken Very Long Baseline Interferometry. Tillsammans bildar de en virtuell radioskål i jordstorlek, ger en unik hög bildupplösning.

"Event Horizon Telescope ger oss ett nytt verktyg för att studera svarta hål och gravitation på sätt som aldrig tidigare varit möjliga, sa Bradford Benson, en docent i astronomi och astrofysik vid UChicago. "Som medlemmar i South Pole Telescope (SPT)-samarbetet och EHT-nätverket, vi ser fram emot att bidra till framtida studier – särskilt på Sgr A*, det svarta hålet i mitten av Vintergatans galax, som vi har en unik bild av givet SPT:s läge vid den geografiska sydpolen."

"Med den otroliga vinkelupplösningen hos Event Horizon-teleskopet, vi kunde se ett biljardspel spelas på månen och inte tappa poängen!" sa Maciek Wielgus, en astronom vid Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian, Black Hole Initiative Fellow, och huvudförfattare till den nya tidningen.

"Förra året såg vi en bild av skuggan av ett svart hål, bestående av en ljus halvmåne bildad av het plasma som virvlar runt M87*, och en mörk central del, där vi förväntar oss att det svarta hålets händelsehorisont är, ", sa Wielgus. "Men dessa resultat baserades endast på observationer som utfördes under en veckas fönster i april 2017, vilket är alldeles för kort för att se många förändringar."

Men från 2009 till 2013, forskare hade tagit data från M87* med tidiga prototyparrayer innan hela uppsättningen av teleskop anslöt sig. De kunde trycka på den informationen för att ta reda på om halvmånestorleken och orienteringen hade ändrats.

Observationerna 2009-2013 består av mycket mindre data än de som gjordes 2017, gör det omöjligt att skapa en bild. Istället, EHT-teamet använde statistisk modellering för att titta på förändringar i utseendet på M87* över tid.

Utvidgar analysen till observationerna 2009–2017, forskare har visat att M87* följer teoretiska förväntningar. Det svarta hålets skuggdiameter har förblivit i linje med förutsägelsen av Einsteins allmänna relativitetsteori för ett svart hål på 6,5 miljarder solmassor.

Men medan halvmånediametern förblev konsekvent, EHT-teamet fann att uppgifterna gömde en överraskning:ringen vinglar, och det betyder stora nyheter för forskare. För första gången kan de få en glimt av den dynamiska strukturen av ackretionsflödet så nära det svarta hålets händelsehorisont, under extrema gravitationsförhållanden. Att studera denna region har nyckeln till att förstå fenomen som relativistisk jetuppskjutning, och kommer att tillåta forskare att formulera nya tester av teorin om allmän relativitet.

Gasen som faller på ett svart hål värms upp till miljarder grader, joniserar och blir turbulent i närvaro av magnetfält. "Eftersom materiens flöde är turbulent, halvmånen verkar vingla med tiden, sade Wielgus. Egentligen, vi ser ganska mycket variation där, och inte alla teoretiska modeller av ackretion tillåter så mycket vinglande. Vad det betyder är att vi kan börja utesluta några av modellerna baserat på den observerade källdynamiken."

"Dessa tidiga EHT-experiment ger oss en skattkammare av långtidsobservationer som den nuvarande EHT, även med sin anmärkningsvärda bildförmåga, kan inte matcha, sa Shep Doeleman, grundare av EHT. "När vi först mätte storleken på M87 2009, vi kunde inte ha förutsett att det skulle ge oss den första glimten av svarta håls dynamik. Om du vill se ett svart hål utvecklas under ett decennium, det finns inget substitut för att ha ett decennium av data."

EHT-projektforskaren Geoffrey Bower tillade:"Övervakning av M87* med en utökad EHT-array kommer att ge nya bilder och mycket rikare datamängder för att studera den turbulenta dynamiken. Vi arbetar redan med att analysera data från 2018 års observationer, erhållits med ett extra teleskop beläget på Grönland. Under 2021 planerar vi observationer med ytterligare två platser, ger extraordinär bildkvalitet. Det här är en riktigt spännande tid att studera svarta hål!"