I närheten av svarta hål, rymden är så skev att till och med ljusstrålar kan kröka sig runt dem flera gånger. Detta fenomen kan göra det möjligt för oss att se flera versioner av samma sak. Även om detta har varit känt i decennier, först nu har vi en exakt, matematiska uttryck, tack till Albert Sneppen, student vid Niels Bohr Institutet. Resultatet, vilket till och med är mer användbart i realistiska svarta hål, har precis publicerats i tidskriften Vetenskapliga rapporter .

Rymden själv och jämn tid beter sig konstigt nära svarta hål; utrymmet är skevt. I närheten av ett svart hål, rymden kröker sig så mycket att ljusstrålar avleds, och mycket närliggande ljus kan avledas så mycket att det färdas flera gånger runt det svarta hålet. Därav, när vi observerar en avlägsen bakgrundsgalax (eller någon annan himlakropp), vi kan ha turen att se samma bild av galaxen flera gånger, om än mer och mer förvrängd.

Galaxer i flera versioner

Mekanismen visas på bilden nedan:En avlägsen galax lyser i alla riktningar — en del av dess ljus kommer nära det svarta hålet och avböjs lätt; lite ljus kommer ännu närmare och omger hålet en gång innan det flyr ner till oss, och så vidare. Tittar nära det svarta hålet, vi ser fler och fler versioner av samma galax, ju närmare kanten av hålet vi tittar på.

Hur mycket närmare det svarta hålet måste du titta från en bild för att se nästa bild? Resultatet har varit känt i över 40 år, och är cirka 500 gånger (för matematikfantasterna, det är mer exakt "exponentialfunktionen av två pi, " skrivet e2π).

Att beräkna detta är så komplicerat att tills nyligen, vi hade ännu inte utvecklat en matematisk och fysisk intuition om varför det råkar vara just denna faktor. Men med hjälp av några smarta, matematiska knep, masterstudenten Albert Sneppen från Cosmic Dawn Center – ett grundforskningscenter under både Niels Bohr Institute och DTU Space – har nu lyckats bevisa varför.

"Det är något fantastiskt vackert i att nu förstå varför bilderna upprepar sig på ett så elegant sätt. Dessutom, det ger nya möjligheter att testa vår förståelse av gravitation och svarta hål, ", förtydligar Albert Sneppen.

Att bevisa något matematiskt är inte bara tillfredsställande i sig; verkligen, det för oss närmare en förståelse av detta fantastiska fenomen. Faktorn "500" följer direkt av hur svarta hål och gravitation fungerar, så upprepningarna av bilderna blir nu ett sätt att undersöka och testa gravitationen.

Svarta hål snurrar

Som en helt ny funktion, Sneppens metod kan också generaliseras till att gälla inte bara "triviala" svarta hål, men också till svarta hål som roterar. Som, faktiskt, det gör de alla.

"Det visar sig att när den roterar riktigt snabbt, du behöver inte längre komma närmare det svarta hålet med en faktor 500, men betydligt mindre. Faktiskt, varje bild är nu bara 50, eller 5, eller till och med bara två gånger närmare kanten av det svarta hålet, " förklarar Albert Sneppen.

Att behöva titta 500 gånger närmare det svarta hålet för varje ny bild, innebär att bilderna snabbt "kläms ihop" till en ringformig bild, som ses i bilden till höger. I praktiken, de många bilderna blir svåra att observera. Men när svarta hål roterar, det finns mer utrymme för de "extra" bilderna, så vi kan hoppas på att bekräfta teorin observationsmässigt inom en inte alltför avlägsen framtid. På det här sättet, vi kan lära oss om inte bara svarta hål, men även galaxerna bakom dem:

Ljusets restid ökar, ju fler gånger det måste gå runt det svarta hålet, så bilderna blir allt mer "försenade". Om, till exempel, en stjärna exploderar som en supernova i en bakgrundsgalax, man skulle kunna se denna explosion om och om igen.

Albert Sneppens artikel, precis accepterat för publicering i Vetenskapliga rapporter , har titeln "Divergenta reflektioner runt fotonsfären i ett svart hål."