Ända sedan första gången nämndes av Jon Michell i ett brev till Royal Society 1783, svarta hål har fångat forskarnas fantasi, författare, filmskapare och andra konstnärer. En del av lockelsen är kanske att dessa gåtfulla föremål aldrig faktiskt har "setts". Men detta kan nu vara på väg att förändras eftersom ett internationellt team av astronomer kopplar samman ett antal teleskop på jorden i hopp om att göra den första bilden någonsin av ett svart hål.

Svarta hål är områden i rymden där tyngdkraften är så stark att ingenting – inte ens ljus – kan fly. Deras existens förutspåddes matematiskt av Karl Schwarzchild 1915, som en lösning på ekvationer i Albert Einsteins allmänna relativitetsteori.

Astronomer har haft indicier i många decennier för att supermassiva svarta hål – en miljon till en miljard gånger mer massiva än vår sol – ligger i hjärtat av massiva galaxer. Det beror på att de kan se gravitationskraften de har på stjärnor som kretsar runt det galaktiska centrumet. När den övermatas med material från den omgivande galaktiska miljön, de skjuter också ut detekterbara plymer eller plasmastrålar till hastigheter nära ljusets. Förra året, LIGO-experimentet gav ännu fler bevis genom att upptäcka krusningar i rum-tid orsakade av två medelstora svarta hål som slogs samman för miljoner år sedan.

Men medan vi nu vet att det finns svarta hål, frågor om deras ursprung, evolution och inflytande i universum förblir i framkant av modern astronomi.

Fångar en liten fläck på himlen

Den 5-14 april 2017, teamet bakom Event Horizon Telescope hoppas kunna testa de grundläggande teorierna för svarthålsfysik genom att försöka ta den första bilden någonsin av ett svart håls händelsehorisont (den punkt där teorin förutsäger att ingenting kan undkomma). Genom att koppla samman en global uppsättning radioteleskop för att bilda motsvarigheten till ett gigantiskt teleskop i jordstorlek – med en teknik som kallas Very Long Baseline Interferometry och Earth-aperture-synthesis – kommer forskare att titta in i hjärtat av vår Vintergatans galax där en svart hål som är 4m gånger mer massivt än vår sol – Skytten A* – lurar.

Astronomer vet att det finns en skiva av damm och gas som kretsar runt det svarta hålet. Den väg som ljuset från detta material tar kommer att förvrängas i det svarta hålets gravitationsfält. Dess ljusstyrka och färg förväntas också ändras på förutsägbara sätt. Den kontrollanta signaturen astronomer hoppas att med Event Horizon Telescope är en ljus halvmåneform snarare än en skiva. Och de kan till och med se skuggan av det svarta hålets händelsehorisont mot bakgrund av detta starkt lysande virvlande material.

Arrayen förbinder nio stationer som spänner över hela världen – några enskilda teleskop, andra samlingar av teleskop – i Antarktis, Chile, Hawaii, Spanien, Mexiko och Arizona. Det "virtuella teleskopet" har varit under utveckling i många år och tekniken har testats. Dock, dessa tester avslöjade initialt en begränsad känslighet och en vinkelupplösning som var otillräcklig för att sondera ner till de skalor som behövdes för att nå det svarta hålet. Men tillägget av känsliga nya arrayer av teleskop – inklusive Atacama Large Millimeter Array i Chile och South Pole Telescope – kommer att ge nätverket ett välbehövligt kraftlyft. Det är snarare som att sätta på sig glasögon och plötsligt kunna se båda strålkastarna från en mötande bil snarare än en enda suddig ljus.

Det svarta hålet är en kompakt källa på himlen – dess sikt vid optiska våglängder (ljus som vi kan se) är helt blockerad av stora mängder damm och gas. Dock, teleskop med tillräcklig upplösning och fungerar längre, radiomillimetervåglängder kan titta genom denna kosmiska dimma.

Upplösningen för alla typer av teleskop – den finaste detaljen som kan urskiljas och mätas – citeras vanligtvis som en liten vinkel som motsvarar förhållandet mellan ett objekts storlek och dess avstånd. Månens vinkelstorlek sett från jorden är ungefär en halv grad, eller 1800 bågsekunder. För alla teleskop, desto större bländare, desto mindre detalj som kan lösas.

Upplösningen för ett enda radioteleskop (vanligtvis med en bländare på 100 meter) är ungefär 60 bågsekunder. Detta är jämförbart med upplösningen för det blotta ögat och ungefär en sextiondel av fullmånens skenbara diameter. Men genom att koppla ihop många teleskop, Event Horizon-teleskopet kommer att vara på väg att uppnå en upplösning på 15-20 mikrobågsekunder (0, 000015 bågsekunder), motsvarande att kunna spana in en druva på avstånd från månen.

Vad står på spel?

Även om bruket att koppla ihop många teleskop på detta sätt är välkänt, Speciella utmaningar ligger framför Event Horizon Telescope. Data som registreras vid varje station i nätverket kommer att skickas till en central bearbetningsanläggning där en superdator noggrant kombinerar all data. Olika väder, atmosfäriska och teleskopiska förhållanden på varje plats kommer att kräva noggrann kalibrering av data så att forskarna kan vara säkra på att alla funktioner de hittar i de slutliga bilderna inte är artefakter.

Om det fungerar, Att avbilda materialet inuti det svarta hålsområdet med vinkelupplösningar som är jämförbara med dess händelsehorisont kommer att öppna en ny era av svarta hålsstudier och lösa ett antal stora frågor:existerar ens händelsehorisonter? Fungerar Einsteins teori i denna region med extremt stark gravitation eller behöver vi en ny teori för att beskriva gravitationen så nära ett svart hål? Också, hur matas svarta hål och hur matas material ut?

Det kan till och med vara möjligt att avbilda de svarta hålen i mitten av närliggande galaxer, som den jättelika elliptiska galaxen som ligger i hjärtat av vår lokala galaxhop.

I sista hand, kombinationen av matematisk teori och djup fysisk insikt, globala internationella vetenskapliga samarbeten och anmärkningsvärda, ihärdiga långsiktiga framsteg inom avancerad experimentell fysik och ingenjörskonst ser ut att göra avslöjandet av rymdtidens natur till ett avgörande inslag i vetenskapen under tidigt 2000-tal.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.