Förra veckan intervjuade jag Shep Doeleman som är Founding Director för Event Horizon Telescope (EHT), Avery Broderick som har arbetat med EHT sedan starten och den 86-årige Roy Kerr som upptäckte formeln för roterande svarta hål år 1963. Alla tre har fördjupat vår förståelse av hur svarta hål fungerar. Därför har det känts givet att försöka få till intervjuer med dem till min bok om svarta hål.
Mycket kunde gå fel. Teknik kan strula. Intervjuerna kan bli inställda i sista stund. När jag har skickat ut förfrågningar är det inte alltid intervjutiderna blir bekräftade (vilket inte är orimligt med tanke på hur många mail vissa av dessa forskare får). Men allt har gått bra. Att intervjua forskare är lätt. De är så entusiastiska över sin forskning att jag inte har behövt göra mer än att nicka, le och säga ”aha”, ”wow”, ”how did that make you feel?”. Det svåra arbetet börjar när intervjuerna är klara. Då ska flera timmars samtal bli till lättläst text som alla kan förstå, och texten ska bakas ihop till en bok.
En kosmisk trafikstockning
Vad dessa intervjuer till syvende och sist handlar om är det här:
Bilden är inte ett riktigt foto utan en ”artist impression” från NASA. Den föreställer ett kosmiskt drama som utspelar sig i centrum av de flesta galaxer. Dramats huvudperson är det svarta hålet som kan vara lika tungt som miljoner och miljarder solar. Runt hålet virvlar en glödhet gas. Gasen faller inte direkt ner i hålet, eftersom det uppstår, med Shep Doelemans ord, en ”kosmisk trafikstockning”. Precis som händerna blir varma när man gnuggar dem mot varandra så värms gasen upp då dess partiklar krockar med varandra. Ut ur gasen skjuter en jetstråle som antar galaktiska dimensioner. Så här ser det ut i verkligheten:
Den lilla blobben uppe till vänster är galaxen M87, och jetstrålen uppstår i närheten av det svarta hålet i galaxens mitt. Trots att det svarta hålet är ungefär lika stort som vårt eget solsystem, så ger det upphov till en jetstråle som är av galaktisk storlek. Jetstrålen innehåller enorma mängder energi. Exakt hur den uppstår är inte helt kartlagt. Men det svarta hålets starka gravitation och snabba rotation spelar en central roll. För att verkligen förstå hur det går till behöver forskarna studera vad som händer runt ett svart hål. Och det är det som EHT har lyckats med.
Star Fleet och 70 cigaretter
Det är inte ofta en astronom hamnar i samma sällskap som sångerskan Ariana Grande, aktivisten Greta Thunberg och muskelberget Dwayne Johnson. Men förra året placerade tidskriften Time Shep Doeleman på listan över 2019 års mest inflytelserika personer. Att han hamnade där beror på en vision han fick för 20 år sedan.
Doeleman tänkte att det kanske var möjligt att länka ihop teleskop som var utspridda över flera kontinenter för att därigenom skapa ett slags virtuell teleskop lika stort som jorden. Ett sådant globalt öga skulle kunna kika tvärs genom de gashöljda områdena i mitten av olika galaxer för att kunna se vad som händer i närheten av ett svart håls händelsehorisont. Ingen visste om det var möjligt.
Med tiden blev Doeleman Founding Director för Event Horizon Telescope och ledde ett internationellt team som bestod av hundratals forskare. Hans vision blev verklighet, vilket går att se på bilden som hänger bakom honom. EHT lyckades fotografera det gigantiska svarta hålet i mitten av galaxen M87.
Jag frågade Doeleman vad som gjorde att han orkade driva ett projekt under mer än 20 år trots motgångar, byråkratiska duster och utan att veta om han skulle lyckas.
Hans svar var enkelt.
”Jag älskar teleskop.”
För Avery Broderick var drivkraften en annan. Som barn hade han tittat på Star Trek tillsammans med sin pappa. Han vill gå med i Star Fleet och utforska rymden. Men Star Fleet finns – tyvärr – inte. Istället fick EHT bli Brodericks portal ut i rymden.
Broderick bygger modeller över hur det ser ut runt det svarta hålet i Vintergatans mitt. Han vill observera eruptioner i gasen runt hålet för att rekonstruera hur tiden och rummet förändras runt det. Projektet kallar han för att ”göra en tomografi över rumtiden.” Det kanske låter som Star Trek, men det är inte science fiction. Det är så forskningsfronten ser ut idag tack vare EHT.
För att Broderick ska kunna göra en modell över hur det ser ut runt ett svart hål använder han en formel som Roy Kerr upptäckte för mer än ett halvt sekel sedan.
Kerr växte upp i den lilla staden Kurow på Nya Zeeland 1934. Hans matematiska talang blev snabbt uppenbar för hans lärare. Kerr hoppade över klasser och slukade, och förbrukade, snabbt skolans resurser. Skolan hade inte råd att köpa in nya böcker och lärarna kände inte till den nya fysiken som utvecklades i främst Europa och USA. För att lära sig mer behövde Kerr studera utomlands.
Men hans lärare hade glömt att berätta för honom att han kunde söka till Cambridge, och Kerr fick vänta tre år tills han kunde börja doktorera. Han fyllde väntetiden med biljard och golf. Hans pappa tyckte att han skulle lära sig boxas. Kerr ställde upp i flera turneringar. ”Jag blev slagen i ansiktet hela tiden!”, brast han ut när vi pratade om den perioden i hans liv. Till slut sa en av universitetets lärare ifrån; det var inte rimligt att en av deras främsta matematiska talanger skulle bli knockad upprepade gånger.
Kerr doktorerade i Cambridge och hamnade till slut vid universitetet i Austin, Texas. Hans mål under denna tid var att hitta en formel för svarta hål som roterar. Den tyske astronomen Karl Schwarzschild upptäckte den första formeln för svarta hål under första världskriget (vilket jag har beskrivit i ett tidigare inlägg). Formeln han hittade beskriver ett kompakt objekt som har så stark gravitation att inte ens ljus kan lämna det och tiden verkar frysa fast vid dess yta.”Det är omöjligt att vara helt stilla, jag har försökt i åratal men jag fortsätter röra på mig.”
Men Schwarzschilds formel beskriver ett statiskt svart hål. Vi vet dock att det mesta i universum roterar. Jorden snurrar, solen likaså. Även Vintergatan roterar. När Roy Kerr fick det svenska Crafoordpriset 2016 sammanfattade han det hela: ”Det är omöjligt att vara helt stilla, jag har försökt i åratal men jag fortsätter röra på mig.”
För Schwarzschild tog det bara några veckor att hitta formeln för ett statiskt svart hål. Men ingen lyckades konstruera en formel för ett snurrande svart hål. Anledningen är att Einsteins ekvationer är otroligt komplexa. En forskargrupp hävdade till och med att det inte fanns en lösning.
Men Kerr trodde att det gick. Eftersom han hade tvingats klara sig på egen hand på grund av de begränsade resurserna under sin uppväxt hade han ett stort självförtroende. Han var säker på att han skulle lyckas. Under några veckor sommaren 1963 räknade han frenetiskt samtidigt som han rökte upp till 70 cigaretter om dagen. Till slut hittade han en lösning. När hans chef frågade om den beskrev ett svart hål brast Kerr ut: ”Det roterar!”
Kerr skrev ner formeln i en artikel som bara är en och en halv sida lång. Som Broderick sade när jag intervjuade honom så kräver en avgörande sanning ibland inte mycket utrymme. En och en halv sida räckte för att för all framtid förändra vår förståelse av vad som döljer sig i rymdens djup.
Framöver
Doeleman, Broderick och Kerr är alla ute efter samma sak: att förstå hur svarta hål fungerar. Det är ett arbete som har fortgått sedan Einsteins och Schwarzschilds dagar för hundra år sedan. Många har tvivlat på om svarta hål överhuvudtaget existerar. I dag vet vi att de spelar en avgörande roll både då stjärnor dör och då galaxer bildas. Forskningen om svarta hål har gått in i ett nytt skede där vi kan börja studera dem i detalj.
Under hösten kommer jag att intervjua fler forskare. Nästa år besöker jag – om det går – några av de teleskop som har observerat svarta hål (tidigare har jag besökt IRAM-teleskopet i södra Spanien och South Pole Telescope på Antarktis). Jag kommer att lägga upp information om hur det går på den här bloggen och på Twitter. I slutändan blir det en bok som beskriver en av vetenskapshistoriens största bedrifter: hur det gick till då forskare såg det osynliga, då de såg ett svart hål.
I det här inlägget ska jag berätta hur det är möjligt för ett svart hål att ha en massa samtidigt Läs mer
Ett svart hål är en av universums mest extrema platser. Inuti ett svart hål förvrids rum och tid till oigenkännlighet, Läs mer
Min första video är ute! En intervju med professor Ariel Goobar från Stockholms Universitet om Nobelpriset 2020 och svarta hål.
Det kanske låter överraskande, men svarta hål går att använda för att studera vår egen jord. Bland annat hjälper de Läs mer