Sista april, Event Horizon Telescope (EHT) väckte internationell spänning när det presenterade den första bilden av ett svart hål. I dag, ett team av forskare har publicerat nya beräkningar som förutsäger en slående och invecklad understruktur i svarta hålsbilder från extrem gravitationsljusböjning.

"Bilden av ett svart hål innehåller faktiskt en kapslad serie ringar, " förklarar Michael Johnson från Center for Astrophysics, Harvard och Smithsonian (CfA). "Varje på varandra följande ring har ungefär samma diameter men blir allt skarpare eftersom dess ljus kretsade runt det svarta hålet fler gånger innan det nådde observatören. Med den nuvarande EHT-bilden, vi har bara fått en glimt av hela komplexiteten som borde dyka upp i bilden av vilket svart hål som helst."

Eftersom svarta hål fångar alla fotoner som korsar deras händelsehorisont, de kastar en skugga på deras ljusa omgivande utsläpp från het infallande gas. En "fotonring" omger denna skugga, produceras från ljus som koncentreras av den starka gravitationen nära det svarta hålet. Denna fotonring bär fingeravtrycket av det svarta hålet - dess storlek och form kodar för massan och rotationen eller "snurran" av det svarta hålet. Med EHT-bilderna, svarta hålsforskare har ett nytt verktyg för att studera dessa extraordinära föremål.

"Det här är en extremt spännande tid att tänka på fysiken i svarta hål, " säger Daniel Kapec från Institute for Advanced Study. "Einsteins allmänna relativitetsteori gör ett antal slående förutsägelser för de typer av observationer som äntligen kommer inom räckhåll, och jag tror att vi kan se fram emot massor av framsteg under de kommande åren. Som teoretiker, Jag tycker att den snabba konvergensen mellan teori och experiment är särskilt givande, och jag hoppas att vi kan fortsätta att isolera och observera mer universella förutsägelser om allmän relativitet när dessa experiment blir känsligare."

Forskargruppen inkluderade observationsastronomer, teoretiska fysiker, och astrofysiker.

"Att sammanföra experter från olika områden gjorde det möjligt för oss att verkligen koppla en teoretisk förståelse av fotonringen till vad som är möjligt med observation, " noterar George Wong, en doktorand i fysik vid University of Illinois i Urbana-Champaign. Wong utvecklade mjukvara för att producera simulerade svarta hålsbilder med högre upplösningar än vad som tidigare beräknats och för att dekomponera dessa till den förutspådda serien av underbilder. "Det som började som klassiska penna-och-pappersberäkningar fick oss att pressa våra simuleringar till nya gränser."

Forskarna fann också att det svarta hålets bildunderstruktur skapar nya möjligheter att observera svarta hål. "Vad som verkligen förvånade oss var att även om de kapslade underringarna är nästan omärkliga för blotta ögat på bilder - till och med perfekta bilder - är de starka och tydliga signaler för uppsättningar av teleskop som kallas interferometrar, ", säger Johnson. "Medan att fånga svarta hålsbilder kräver normalt många distribuerade teleskop, subringarna är perfekta att studera med endast två teleskop som är väldigt långt ifrån varandra. Att lägga till ett rymdteleskop till EHT skulle vara tillräckligt."

"Svarthålsfysik har alltid varit ett vackert ämne med djupa teoretiska implikationer, men nu har det också blivit en experimentell vetenskap, " säger Alex Lupsasca från Harvard Society of Fellows. "Som teoretiker, Jag är glad över att äntligen samla in riktiga data om dessa objekt som vi har tänkt abstrakt på så länge."

Resultaten publicerades i Vetenskapens framsteg .