Mae data o delesgop EHT (Event Horizon Telescope) yn rhoi syniad newydd i wyddonwyr am yr anghenfil o'r enw Llwybr Llaethog. Diolch i'r data hwn, rydym yn edrych yn agosach ar y twll du am y tro cyntaf.

System o delesgopau radio sydd wedi'u lleoli o amgylch y Ddaear ac rydyn ni'n ei alw EHT (Telesgop Horizon Digwyddiad), yn canolbwyntio ar ychydig o gewri. Sagittarius A yw’r twll du anferth yng nghanol y Llwybr Llaethog, ac i dwll du mwy fyth 53,5 miliwn o flynyddoedd golau i ffwrdd yn yr alaeth M87. Ym mis Ebrill 2017, ymunodd yr arsyllfeydd i arsylwi ffiniau tyllau du, lle mae'r grym disgyrchiant mor gryf fel na all hyd yn oed pelydrau golau ei adael. Ar ôl bron i ddwy flynedd o gymharu data, cyhoeddodd y gwyddonwyr y delweddau a gafwyd gyntaf o'r arsylwadau hyn. Nawr mae gwyddonwyr yn gobeithio y gall y delweddau newydd ddweud mwy wrthym am dyllau du.

Sut olwg sydd ar dwll du mewn gwirionedd?

Mae tyllau du yn wirioneddol deilwng o'u henw. Nid yw'r bwystfil disgyrchiant enfawr yn allyrru golau mewn unrhyw ran o'r sbectrwm electromagnetig, felly mae'n debyg nad ydyn nhw'n bodoli ar eu pen eu hunain. Ond mae seryddwyr yn gwybod eu bod yno oherwydd rhyw fath o gydymaith. Wrth i'w grym disgyrchiant guro trwy'r nwy a'r llwch serol, mae mater yn ffurfio o'u cwmpas ar ffurf disg ailgronni cylchdroi gyda'u hatomau yn gwrthdaro â'i gilydd. Mae'r gweithgaredd hwn yn allyrru "gwres gwyn" ac yn allyrru pelydrau-X ac ymbelydredd ynni uchel arall. Mae'r tyllau du yn dirlawn gyda'r mwyaf o "gasineb" yna'n arbelydru'r holl sêr yn y galaethau cyfagos.

Mewn delwedd o'r telesgop EHT, rhagwelir y bydd gan Sagittaria A yn rhanbarth Llwybr Llaethog, a elwir hefyd yn Sgr A, gysgod twll du ar ei ddisg ailgronni cydymaith o ddeunydd llachar. Mae efelychiadau cyfrifiadurol a chyfreithiau ffiseg disgyrchiant yn rhoi syniad eithaf da i seryddwyr o'r hyn i'w ddisgwyl. Oherwydd y grym disgyrchiant uchel ger y twll du, bydd y disg cronni yn cael ei ddadffurfio o amgylch y gorwel cylch a bydd y deunydd hwn i'w weld y tu ôl i'r twll du. Mae'n debyg y bydd y ddelwedd canlyniadol yn anghymesur. Mae disgyrchiant yn plygu golau o ran fewnol y ddisg tuag at y Ddaear yn gryfach na'r rhan allanol, gan wneud y rhan gylch yn fwy disglair.

A yw deddfau perthnasedd cyffredinol yn berthnasol o amgylch twll du?

Efallai y bydd union siâp y fodrwy yn datrys y sefyllfa fwyaf rhwystredig mewn ffiseg ddamcaniaethol. Damcaniaeth perthnasedd cyffredinol Einstein yw dwy biler ffiseg, sy'n rheoli gwrthrychau enfawr a disgyrchiant cryf megis tyllau du, a mecaneg cwantwm, sy'n llywodraethu byd rhyfedd gronynnau isatomig. Mae pob damcaniaeth yn gweithio yn ei pharth ei hun. Ond ni allant gydweithio.

Dywed y ffisegydd Lia Medeiros o Brifysgol Arizona yn Tucson:

“Mae perthnasedd cyffredinol a ffiseg cwantwm yn anghydnaws. Os cymhwysir perthnasedd cyffredinol yn y rhanbarth twll du, yna gall olygu torri tir newydd i ddamcaniaethwyr ffiseg".

Oherwydd mai tyllau du yw'r amgylchedd disgyrchiant mwyaf eithafol yn y bydysawd, nhw yw'r amgylchedd gorau ar gyfer prawf straen o'r theori disgyrchiant. Mae fel taflu damcaniaethau yn erbyn wal a disgwyl gweld a ydyn nhw'n ei chwalu a sut. Os yw'r ddamcaniaeth gyffredinol o berthnasedd yn ddilys, yna mae gwyddonwyr yn disgwyl y bydd gan y twll du gysgod penodol ac felly siâp crwn, os nad yw theori Einstein yn berthnasol, yna bydd gan y cysgod siâp gwahanol. Cymhwysodd Lia Medeiros a'i chydweithwyr efelychiad cyfrifiadurol i'r gwahanol gysgodion o 12 o dyllau du a allai fod yn wahanol i ddamcaniaethau Einstein.

Dywed L. Mederios:

"Os ydyn ni'n dod o hyd i rywbeth gwahanol (damcaniaethau disgyrchiant amgen), fe fydd fel anrheg Nadolig."

Byddai hyd yn oed gwyriad bach oddi wrth berthnasedd cyffredinol yn helpu seryddwyr i fesur yr hyn a welant o'r hyn y maent yn ei ddisgwyl.

A yw sêr marw yn cael eu galw'n bylsarau o amgylch twll du yn y Llwybr Llaethog?

Ffordd arall o brofi perthnasedd cyffredinol o amgylch tyllau du yw arsylwi sut mae sêr yn symud o'u cwmpas. Pan fydd golau o sêr yn llifo trwy faes disgyrchiant eithafol twll du cyfagos, mae'r golau yn "ymestyn" ac felly'n ymddangos yn goch i ni. Gelwir y broses hon yn "redshift disgyrchiant", ac fe'i rhagwelwyd gan ddamcaniaeth gyffredinol perthnasedd. Y llynedd, gwelodd seryddwyr ef ger rhanbarth SgrA. Hyd yn hyn newyddion da i ddamcaniaeth Einstein. Ffordd hyd yn oed yn well o gadarnhau'r ffenomen hon yw gwneud yr un prawf ar bylsarau, sy'n cylchdroi'n gyflym ac yn ysgubo'r awyr serennog gyda thrawstiau o ymbelydredd yn rheolaidd, gan ymddangos i ni fel pe baent yn curiadus.

Byddai redshift disgyrchiant felly yn amharu ar y rhediad metronomig rheolaidd a thrwy arsylwi arnynt byddai'n cael prawf mwy cywir o ddamcaniaeth perthnasedd cyffredinol.

Dywed Scott Ranson o’r Arsyllfa Seryddol Genedlaethol yn Charlottesville:

“I’r rhan fwyaf o bobl sy’n arsylwi ardal SgrA, breuddwyd fyddai darganfod pwlsar, neu guriad y galon yn cylchdroi twll du. Gall pylsarau ddarparu llawer o brofion diddorol a manwl iawn o berthnasedd cyffredinol.”

Fodd bynnag, er gwaethaf arsylwi gofalus, ni ddaethpwyd o hyd i unrhyw bwlsar yn cylchdroi yn ddigon agos at ranbarth SgrA. Yn rhannol oherwydd bod llwch a nwy galactig yn gwasgaru eu trawstiau ac yn eu gwneud yn anodd canolbwyntio. Ond yr EHT sy'n darparu'r olygfa orau hyd yma i ganol y tonnau radio, ac felly mae S.Ransom a'i gydweithwyr yn gobeithio y gallant ganolbwyntio. "Mae fel alldaith bysgota, mae'r siawns o ddal yn fach iawn, ond mae'n werth chweil", ychwanega S.Ransom.

Darganfuwyd y PSR PSR J1745-2900 (ar y chwith yn y llun) yn 2013. Mae'n cylchdroi union 150 o flynyddoedd golau i ffwrdd o amgylch y twll du yng nghanol yr alaeth. Fodd bynnag, mae'n rhy bell oddi wrthi i brofion cywir o ddamcaniaeth gyffredinol perthnasedd i gymryd lle yma. Mae bodolaeth y pwlsar hwn yn rhoi gobaith i seryddwyr y byddant, wrth ddefnyddio'r EHT, yn darganfod pylsarau eraill ac agosach yn nes at y twll du.

Sut mae tyllau du yn cynhyrchu jetiau?

Mae rhai tyllau du yn fwytawyr ffyrnig ac yn sugno symiau enfawr o nwy a llwch, tra bod eraill yn fwytawyr pigog. Nid oes neb yn gwybod pam. Ymddengys fod SgrA yn fwytäwr ffyslyd gyda disg rhyfeddol o dywyll, er gwaethaf màs sy'n cyfateb i 4 miliwn o fasau solar. Mae targed arall a dargedwyd gan yr EHT, y twll du yn yr alaeth M87 yn fwytwr brwd. Mae'n pwyso cymaint â 3,5 i 7,22 biliwn o haul. Ac, yn ychwanegol at y ddisg ailgronni cronedig enfawr yn ei gyffiniau, mae hefyd yn dreisgar yn taflu llif o ronynnau isatomig wedi'u gwefru i bellter o 5 o flynyddoedd golau.

Sefydliad Thomas Krichbaum ar gyfer Seryddiaeth Radio yn Bonn yn dweud:

"Mae'n wrthddywediad braidd i feddwl bod twll du yn diarddel unrhyw beth o gwbl."

Mae pobl fel arfer yn meddwl mai dim ond twll du sy'n amsugno. Mae llawer o dyllau du yn cynhyrchu jetiau sy'n hirach ac yn ehangach na galaethau cyfan a gallant gyrraedd biliynau o flynyddoedd golau o'r twll du.

Cwestiwn naturiol yw pa fath o ffynhonnell ynni bwerus all fod sy'n allyrru jetiau i bellteroedd mor fawr. Diolch i EHT, gallwn olrhain y digwyddiadau hyn o'r diwedd am y tro cyntaf. Gallwn felly amcangyfrif cryfder maes magnetig y twll du yn alaeth yr M87 trwy fesur yr EHT, oherwydd eu bod yn gysylltiedig â chryfderau'r jet. Trwy fesur priodweddau jet pan fyddant yn agos at dwll du, mae'n helpu i benderfynu o ble mae'r jet yn dod - o'r tu mewn i'w ddisg, neu o ran arall o'r ddisg, neu o'r twll du ei hun.

Gall yr arsylwadau hyn hefyd egluro a yw'r jetiau'n tarddu o'r twll du neu o ddeunydd sy'n llifo'n gyflym yn y ddisg. Gan y gall jetiau gludo deunydd allan o'r ganolfan galaethol i'r rhanbarth rhyngalaethol, yna gallai hyn esbonio'r effaith ar esblygiad a thwf galaethau. A hyd yn oed lle mae planedau a sêr yn cael eu geni.

Dywed T. Krichbaum:

“Mae’n bwysig deall esblygiad galaethau o’r cyfnod cynnar o ffurfio tyllau duon i enedigaeth sêr ac yn y pen draw i enedigaeth bywyd. Mae hon yn stori fawr iawn, a thrwy astudio jetiau twll du, dim ond darnau bach yr ydym yn ychwanegu at bos mawr bywyd.”

Nodyn y cyhoeddwr: Diweddarwyd y stori hon ar 1 Ebrill 2019 i nodi màs y twll du M 87: mae màs yr alaeth 2,4 triliwn gwaith yn fwy na'r Haul. Mae gan dwll du yn unig fàs sawl biliwn o Haul. Adendwm, mae'r efelychiad twll du yn enghraifft o gadarnhau damcaniaeth Einstein o berthnasedd cyffredinol, nid ei wrthbrofi.