Daar is hij dan. Het zwarte gat dat zich schuilhoudt in het hart van de Melkweg is de ‘ster’ van de nieuwe foto van de Event Horizon Telescope. Het is de eerste keer dat dit kosmische monster op de gevoelige plaat is vastgelegd.
Drie jaar nadat astronomen de allereerste foto van een zwart gat maakten, is nu ‘ons’ exemplaar aan de beurt. De eerste foto, die uit april 2019 stamt, laat namelijk het zwarte gat in het centrum van sterrenstelsel M87 zien. Op de nieuwe foto schittert het superzware zwarte gat in ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg.
Een zwart gat is een extreem massief, compact object dat zo hard aan alles in zijn omgeving trekt dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen. Het gefotografeerde object, Sagittarius A* (of Sgr A* voor ingewijden), is vier miljoen keer zo zwaar als de zon. Hij bevindt zich op zo’n 27.000 lichtjaar van de aarde.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Het is een zogeheten ‘superzwaar zwart gat’, het grootste type zwarte gat dat we kennen. Astronomen vermoeden dat bijna alle grote sterrenstelsels zo’n superzwaar zwart gat in hun midden hebben.
Wereldwijd nieuws
De foto is onthuld tijdens verschillende persconferenties die wereldwijd gelijktijdig plaatsvonden, onder meer in Duitsland, Washington, Mexico-Stad en Tokio. Tijdens de Duitse persconferentie noemde Xavier Barcons, directeur van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, de foto ‘het eerste directe, visuele bewijs’ van het superzware zwarte gat Sagittarius A*.
Sara Issaoun, astrofysicus aan het Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics in de VS, onderstreept dat: ‘Dit is het eerste beeld van het superzware zwarte gat in het hart van onze Melkweg. Al tientallen jaren weten dat er een compact object zit. Vandaag hebben we het bewijs dat dit object een zwart gat is.’
Aan de foto werkten meer dan driehonderd wetenschappers mee. Sterrenkundige Heino Falcke van de Nijmeegse Radboud Universiteit is een van de initiatiefnemers van het project. ‘Met [deze beelden] kunnen we zwarte gaten in de ogen kijken en precies zien wat ze zijn’, zei hij tijdens een Nederlands persmoment.
Megatelescoop
De foto van Sgr A* is gemaakt door de Event Horizon Telescope (EHT). Dat is eigenlijk niet één telescoop, maar een netwerk van telescopen die over de hele wereld verspreid staan. Supercomputers knopen de meetgegevens van de verschillende locaties aan elkaar, zodat het netwerk gezamenlijk dient als een megatelescoop met het formaat van de aarde.
Alleen met zo’n megatelescoop kunnen astronomen plaatjes maken van zwarte gaten. Vanuit de aarde gezien zijn het namelijk maar piepkleine objecten aan de hemel. Bovendien kan uit zwarte gaten geen licht ontsnappen. Dat maakt ze per definitie onzichtbaar.
Wat de foto dan ook eigenlijk toont, is een lichte ring van spul dat richting het zwarte gat getrokken wordt, maar er nog niet in is gevallen. Wanneer materiaal richting de muil van zo’n kosmisch monster beweegt, licht het op. Het zwarte gat zelf verschuilt zich in het duistere deel in het midden van de foto.
De plek vanaf waar licht niet meer kan ontsnappen, de zogeheten waarnemingshorizon, bepaalt hoe ‘groot’ een zwart gat is. De waarnemingshorizon van Sgr A* begrenst een gebied met een breedte van 12 miljoen kilometer.
Tweede keus
De reden dat het EHT-team in 2019 eerst het zwarte gat van M87 op de foto zette, in plaats van ‘ons’ zwart gat, is dat het M87-exemplaar een gemakkelijker model is. M87* is een log, traag beest waar nauwelijks beweging in zit. Sgr A* is daarentegen een stuk kleiner, en daardoor een stuk beweeglijker. Spul dat om het zwarte gat heen draait, voltooit binnen een paar minuten een rondje. Dat maakt het moeilijk om de boel goed op de foto te zetten.
Falcke is blij dat het nu dan toch gelukt is. ‘Twintig jaar geleden voorspelden we dat we het centrum van de Melkweg in beeld zouden kunnen brengen. Dat was vanaf het begin het hoofddoel van EHT’, zegt hij. ‘Dat het nu gelukt is, geeft een diep gevoel van voldoening.’
Schaduw
Falcke noemt het beeld van Sgr A* ‘wetenschappelijk van groter belang’ dan de foto van M87*. Astronomen kennen Sgr A* namelijk veel beter dan het zwarte gat van M87. Dat betekent dat natuurkundige theorieën ook beter getest kunnen worden aan de hand van dit nieuwe plaatje.
Neem bijvoorbeeld de massa van het object. Schattingen van de massa van M87* zijn onzeker, en kunnen er met gemak een factor twee naast zitten. ‘Maar de massa van Sgr A* kennen we binnen marge van een paar procent’, zegt Falcke.
De massa van het zwarte gat bepaalt hoe groot zijn schaduw is. Door de grootte van de schaduw op de foto te vergelijken met wat de theorie voorspelt, kunnen we deze theorie toetsen.
Steile glijbaan
Een van de grote vragen die astronomen hebben, is of Einsteins algemene relativiteitstheorie zich staande houdt in de nabijheid van een zwart gat. De relativiteitstheorie beschrijft hoe de ruimtetijd zich gedraagt. Een zwart gat kromt de ruimtetijd in zijn omgeving op een extreme manier. Dat zorgt ervoor dat objecten in de buurt naar binnen worden gesleurd: het is alsof de ruimtetijd een steile glijbaan vormt richting de muil van het gat.
Omdat de ruimtetijd nergens anders zo sterk is vervormd, is de regio rondom een zwart gat de ideale testlocatie. De theorie heeft zich namelijk al talloze keren bewezen in ‘rustig vaarwater’, maar hoe zit dat in extreme omstandigheden? Blijft de theorie dan ook overeind? Deze eerste foto lijkt te laten zien dat dat het geval is.
Astrofysicus Michael Wondrak van de Radboud Universiteit wijst erop dat niet alleen Einsteins theorie, maar ook theorieën die juist met Einstein proberen te concurreren nu getoetst kunnen worden. Naar aanleiding van de foto verwacht hij de komende tijd ‘een enorme hoeveelheid wetenschappelijke artikelen over zwaartekrachttheorieën.’
Materiefontein
‘Einsteins algemene relativiteitstheorie testen is fantastisch, maar we hebben nog veel meer vragen’, zegt Sera Markoff, astrofysicus aan de Universiteit van Amsterdam en medevoorzitter van de wetenschapsraad van EHT. Een kwestie die zij hoopt op te helderen is hoe zwarte gaten materie naar buiten spuiten.
Superzware zwarte gaten zoals Sgr A* hebben jets: stromen van materiaal die vanuit het gat de kosmos in schieten. Wanneer een zwart gat gas en stof naar binnen trekt, komt al dat spul eerst terecht in een hete materieschijf. Stukje bij beetje wordt het materiaal naar binnen geslurpt. Het meeste materiaal verdwijnt dan in het gat. Maar een deel klein deel ontsnapt en schiet met een enorme snelheid de kosmos in. Het is duidelijk dat sterke magneetvelden ter plekke dit mogelijk maken – maar hoe precies, dat weten astronomen nog niet.
‘Die jets doorkruisen gehele sterrenstelsels. Ze zijn miljoenen tot miljarden keren groter dan het zwarte gat zelf. Ons zwarte gat heeft momenteel geen sterke jet, maar waarom niet? We vermoeden dat het in het verleden anders was’, zegt Markoff. Als astronomen zwarte-gaten-foto’s kunnen uitpluizen, zijn ze ook een stukje dichter bij het begrijpen van deze jets.
Meer lezen over raadsels die astronomen hopen te beantwoorden met behulp van zwarte-gaten-foto’s? Lees ook onze voorbeschouwing.
Hartfilmpjes
Dat de foto nu gelukt is, wil niet zeggen dat de EHT met pensioen gaat. Falcke: ‘Een foto is een momentopname. We moeten veel meer observaties doen. In het centrum van het sterrenstelsel zit zoveel informatie, dat we in de komende jaren echt kunnen vastpinnen hoe zwarte gaten werken.’
Daarnaast hopen de astronomen in de toekomst bewegende beelden van zwarte gaten vast te leggen. Op toekomstige filmpjes zal dan waarschijnlijk te zien zijn hoe de lichte ring om het zwarte gat heen wervelt.
Gegevens uit 2017
De nieuwe foto is gebaseerd op metingen uit 2017. Ook de foto van M87* kwam uit deze periode. Het was een bijzonder goed jaar voor de EHT, vanwege het goede weer. Voor dergelijke waarnemingen moet het namelijk droog zijn, zodat de atmosfeer de telescoopbeelden zo min mogelijk verstoort. Om tot het beeld van de beweeglijke Sgr A* te komen, hebben de astronomen een gemiddelde genomen van verschillende plaatjes uit de observatieperiode.
