Albert Einsteinin yli sata vuotta sitten tekemä päätelmä siitä, että jotakin mustien aukkojen kaltaista on pakko olla olemassa, on todistettu kaikkien aikojen ensimmäisellä kuvalla. Kuva on M87-galaksin keskeltä yli 50 miljoonan valovuoden päästä.

Äärimmäisen ylpeät ja innostuneet tutkijat julkistivat avaruusfysiikan jättiaskeleen samaan aikaan Brysselissä, Washingtonissa, Santiagossa, Shanghaissa, Taipeissa ja Tokiossa.

Kaksi vuotta sitten kahdeksan eri puolilla maailmaa sijaitsevaa radioteleskooppia ottivat samanaikaisesti kohteekseen kaksi mustaa aukkoa: oman Linnunratamme Sagittarius A*:n ja paljon kaukaisemman Messier 87 eli M87-galaksin keskustassa olevan mustan aukon.

Ennen tiedotustilaisuutta ei kerrottu, kumman kuva julkaistaisiin. Koska Sagittarius A*:han on matkaa "vain" 26 000 valovuotta, se oli useimpien ykkösveikkaus.

Sagittarius A* osoittautui kuitenkin niin levottomaksi, että hyvää kuvaa oli vaikea saada, tutkijat kertovat. Niinpä kuvaan pääsi M87:n musta aukko, vaikka sen kuvaaminen on valtavan etäisyyden takia kuin kuvaisi pikkukiveä Kuun pinnalta, he vertaavat.

Kuva koostettiin virtuaaliteleskoopilla

Radioteleskooppeja tarvittiin, koska tavallista valoa hyödyntävää valokuvaa kohteesta ei voi saada. Siksi kuva muodostettiin hyödyntämällä poikkeuksellisen korkeataajuista radiosäteilyä.

Data koostettiin virtuaalisella Event Horizon -teleskoopilla, johon panoksensa antoivat maapallon eri puolilla olevat teleskoopit. Ne synkronoitiin tarkalleen atomikellojen avulla.

Samaan tehtävään pystyvä yksittäinen fyysinen radioteleskooppi olisi suorastaan maapallon kokoinen.

Jotta vaativan tehtävän tulos olisi varmasti oikein, teleskoopeilta saatua dataa käsitteli neljä tiimiä eri algoritmeilla, ja kaikilta oli saatava samanlainen kuva mustasta aukosta – kuten saatiinkin.

Chajnantorin ylätasangolla Chilen Andeilla sijaitseva ALMA-teleskooppijärjestelmä oli keskeisesti mukana mustan aukon kuvaamisessa. P. Horálek / ESO

Auringon massa kerrottuna 6,5 miljardilla

Valtavan painovoiman vuoksi mustasta aukosta ei pääse karkuun mikään, ei edes valo. Niinpä kuva on aukon ääriviivasta hetkellä, jolloin valo on katoamassa aukkoon. Kirkas ympyrä on kieppuvaa kuumaa plasmaa, joka säteilee.

Keskelle syntyy varjo, koska mustan aukon painovoimakenttä taivuttaa valon kulkua aukon ympärillä.

Kuvassa on myös "onnekasta kaasua ja tomua", kuten Havaijilla sijaitsevan Itä-Aasian observatorion apulaisjohtaja Jessica Dempsey muotoili julkistustilaisuudessa Washingtonissa. Sillä hän tarkoitti, että kaasu ja tomu kiertävät kyllin kaukana aukosta ollakseen turvassa sen vetovoimalta.

Renkaan alareunan kirkkaus verrattuna yläreunaan kertoo kiertoliikkeestä. Lähes valon nopeudella tapahtuva liike on myötäpäivään, siitä astronomit ovat varmoja, mutta muuten riittää vielä tutkimista.

Pienet mustat aukot syntyvät tähtien romahtamisesta, mutta supermassiivisten aukkojen alkuperä ei ole selvillä.

Ne sijaitsevat yleensä galaksien keskellä, myös meidän Linnunradallamme, ja ovat tavattoman tiheitä. M87:n aukolla on yhtä paljon massaa kuin 6,5 miljardilla Auringolla.

Musta aukko näkyy vasten sen tapahtumahorisontin ympärillä pyörivää kuumaa kaasua, jonka säteilemää valoa voimakas painovoimakenttä taivuttaa. EHT-yhteistyöhanke

Piirroskuva siitä, mitä nopeasti pyörivän supermassiivisen mustan aukon ympärillä tapahtuu. ESO

"Kuin katsoisimme äärimmäiseen syöveriin

Projektiin osallistuneiden noin 200 tutkijan kansainvälisessä joukossa oli yksi suomalainen, Aalto-yliopistossa työskentelevä akatemiatutkija Tuomas Savolainen. Tulos on huikea, hän iloitsi julkistustilaisuudessa Brysselissä.

– Tähän mennessä kaikki kuvat, jotka kukaan ihminen on nähnyt mustasta aukosta, ovat olleet tietokonesimulaatioita, taiteilijoiden näkemyksiä. Nyt meillä on oikea tieteellinen kuva, Savolainen sanoi.

Hänen mukaansa musta aukko on Einsteinin yleisen suhteellisussteorian ehkä kaikkein oudoimpia ennusteita ja jopa nykyfysiikan oudoimpia ilmiöitä.

– Aivan kuin katsoisimme äärimmäiseen avaruuden syöveriin. Sellaiseen paikkaan, joka johtaa pois meidän maailmankaikkeudestamme.

Tulos antaa uusia mahdollisuuksia

Kun kuva alkoi dataa käsiteltäessä muodostua ruudulle, tulos näytti juuri siltä kuin tutkijat olivat teorioissaan olettaneet, Tuomas Savolainen kertoi.

– Jos siellä olisi näkynyt jotakin kovasti poikkeavaa, teoreetikoiden olisi pitänyt palata piirustuspöydän ääreen ja alkaa vakavasti miettiä yleisen suhteellisuusteorian mahdollisia korjauksia tai sitä, onko tämä jotakin muuta kuin musta aukko, jokin eksoottinen kappale.

Nyt tutkijoille avautuu aivan uusi tapa tutkia gravitaatiota äärimmäisissä olosuhteissa: voidaan toistaa havaintoja, parantaa antennistoa ja mennä lyhyemmille aallonpituuksille, jolloin saadaan vielä tarkempia kuva, Savolainen ennakoi.

– Voimme tutkia valon käyttäytymistä mustan aukon välittömässä läheisyydessä. Tapahtumahorisontista on tullut mitattava objekti. Se ei ole enää pelkästään matemaattinen konsepti. Kuka tietää, mitä joskus tulevaisuudessa löytyy!

Tähänastiset tulokset on julkaistu kuutena tutkimuksena Astrophysical Journal Letters (siirryt toiseen palveluun) -lehdessä.