Den första bilden av ett supermassivt svart hål i mitten av en galax visar hur vi har, på sätt och vis, observerade det osynliga.

Den spöklika bilden är en radiointensitetskarta över den glödande plasman bakom, och därför silhuetterande, det svarta hålets "händelsehorisont" – den sfäriska osynlighetens mantel runt ett svart hål som inte ens ljus kan fly från.

Radio-"fotografiet" erhölls av ett internationellt samarbete som involverade mer än 200 vetenskapsmän och ingenjörer som kopplade ihop några av världens mest kapabla radioteleskop för att effektivt se det supermassiva svarta hålet i galaxen som kallas M87.

Så hur i hela friden kom vi till denna punkt?

Från "mörka stjärnor"

Det var den engelske astronomen John Michell som 1783 först formulerade idén om "mörka stjärnor" så otroligt täta att deras gravitation skulle vara omöjlig att springa ifrån – även om du råkade vara en foton som kunde röra sig med ljusets hastighet.

Saker och ting har kommit långt sedan den banbrytande insikten.

I januari i år, astronomer publicerade en bild av emissionen som kommer från radiokällan känd som Sagittarius A*, regionen som omedelbart omger det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax.

Imponerande nog, den bilden hade detaljer på skalor ner till bara nio gånger storleken på det svarta hålets händelsehorisont.

Nu, Event Horizon Telescope (EHT) har lyckats lösa händelsehorisonten runt det supermassiva svarta hålet i M87, en relativt närliggande galax varifrån ljus tar 55 miljoner ljusår att nå oss, på grund av dess avstånd.

Astronomiska figurer

Astronomiska föremål kommer med astronomiska figurer, och detta mål är inget undantag.

M87:s svarta hål har en massa som är 6,5 miljarder gånger vår sols massa. som i sig är en tredjedel av en miljon gånger jordens massa. Dess händelsehorisont har en radie på ungefär 20 miljarder kilometer, mer än tre gånger så långt som Pluto är från vår sol.

Det är, dock, långt borta, och den otroliga tekniska bedriften som krävs för att se ett sådant mål liknar att försöka observera ett föremål som är 1 mm stort från ett avstånd av 13, 000 km.

Detta Nobelprisvärda resultat är, självklart, ingen oavsiktlig upptäckt, men ett mått som bygger på generationer av insikt och genombrott.

Förutsägelser utan observation

I början av 1900-talet, avsevärda framsteg skedde efter att Albert Einstein utvecklat sina relativitetsteorier. Dessa bestående ekvationer kopplar samman rum och tid, och diktera materiens rörelse som i sin tur dikterar gravitationsfälten och vågorna inom rymdtiden.

Strax efter, år 1916, astronomerna Karl Schwarzschild och Johannes Droste insåg oberoende av varandra att Einsteins ekvationer gav upphov till lösningar som innehöll en "matematisk singularitet", en odelbar punkt med nollvolym och oändlig massa.

Studerar utvecklingen av stjärnor på 1920- och 1930-talen, kärnfysiker kom till den till synes oundvikliga slutsatsen att om tillräckligt massiv, vissa stjärnor skulle sluta sina liv i en katastrofal gravitationskollaps vilket resulterade i en singularitet och skapandet av en "frusen stjärna".

Denna term återspeglade tidens bisarra relativa natur i Einsteins teori. Vid evenemangshorisonten, den ökända gränsen till ingen återvändo som omger en sådan kollapsad stjärna, tiden kommer att frysa för en extern observatör.

Medan framsteg inom kvantmekanikens område ersatte föreställningen om en singularitet med en lika förvirrande men ändlig kvantprick, den faktiska ytan, och interiör, svarta hål är fortfarande ett aktivt forskningsområde idag.

Även om vår galax kan innehålla miljontals av John Michells svarta hål med stjärnmassa – av vilka vi vet var ett dussintal finns – är deras händelsehorisonter för små för att observera.

Till exempel, om vår sol skulle kollapsa till ett svart hål, radien för dess händelsehorisont skulle vara bara 3 km. Men kollisionen av svarta hål med stjärnmassa i andra galaxer upptäcktes väl med hjälp av gravitationsvågor.

Letar efter något supermassivt

EHT:s mål är därför relaterade till de supermassiva svarta hålen som ligger i galaxernas centrum. Termen svart hål kom faktiskt först i användning i mitten till slutet av 1960-talet när astronomer började misstänka att riktigt massiva "mörka stjärnor" drev de mycket aktiva kärnorna i vissa galaxer.

Många teorier finns i överflöd för bildandet av dessa särskilt massiva svarta hål. Trots namnet, svarta hål är föremål, snarare än hål i rymdtidens struktur.

1972, Robert Sanders och Thomas Lowinger beräknade att en tät massa som motsvarar ungefär en miljon solmassor finns i mitten av vår galax.

1978, Wallace Sargent och kollegor hade bestämt att en tät massa fem miljarder gånger vår sols massa ligger i mitten av den närliggande galaxen M87.

Men dessa massor, något reviderat sedan dess, kan helt enkelt ha varit en tät svärm av planeter och döda stjärnor.

1995, förekomsten av svarta hål bekräftades observationsmässigt av Makoto Miyoshi och kollegor. Med hjälp av radiointerferometri, de upptäckte en massa i mitten av galaxen M106, inom en volym så liten att det bara kunde vara, eller snart skulle bli, ett svart hål.

I dag, Omkring 130 sådana supermassiva svarta hål i mitten av närliggande galaxer har fått sina massor direkt mätta från omloppshastigheterna och avstånden för stjärnor och gas som cirkulerar de svarta hålen, men ännu inte på en dödsspiral in i den centrala gravitationskomprimatorn.

Trots det ökade urvalet, vår Vintergatan och M87 har fortfarande de största händelsehorisonterna sett från jorden, vilket är anledningen till att det internationella laget eftersträvade dessa två mål.

Den skuggiga silhuetten av det svarta hålet i M87 är verkligen en häpnadsväckande vetenskaplig bild. Medan svarta hål tydligen kan stoppa tiden, det bör erkännas att vetenskapens prediktiva kraft, i kombination med mänsklig fantasi, påhittighet, och beslutsamhet, är också en anmärkningsvärd naturkraft.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.