Er is een nieuwe toevoeging aan de portretgalerij van zwarte gaten van astronomen.
Astronomen hebben op 12 mei aangekondigd dat ze eindelijk een afbeelding hebben gemaakt van het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg.
“Deze afbeelding toont een heldere ring rond de duisternis, het veelbetekenende teken van de schaduw van het zwarte gat”, zei astrofysicus Feryal Özel van de Universiteit van Arizona in Tucson tijdens een persconferentie die het resultaat aankondigde.
Het zwarte gat, bekend als Sagittarius A*, verschijnt als een vaag silhouet te midden van het gloeiende materiaal eromheen. De afbeelding onthult het turbulente, kronkelende gebied dat het zwarte gat direct omgeeft in nieuw detail. De bevindingen werden ook op 12 mei gepubliceerd in 6 onderzoeken in de Astrofysische journaalbrieven.
Een planeetomspannend netwerk van radiotelescopen, bekend als de Event Horizon Telescope, werkte samen om deze langverwachte blik op de reus van de Melkweg te creëren. Drie jaar geleden bracht hetzelfde team de allereerste afbeelding uit van een superzwaar zwart gat (SN: 4/10/19). Dat object bevindt zich in het centrum van het sterrenstelsel M87, ongeveer 55 miljoen lichtjaar van de aarde.
Maar Sagittarius A*, of kortweg Sgr A*, is ‘het zwarte gat van de mensheid’, zegt astrofysicus Sera Markoff van de Universiteit van Amsterdam en lid van de EHT-samenwerking.
Op 27.000 lichtjaar afstand is de kolos het dichtstbijzijnde gigantische zwarte gat bij de aarde. Die nabijheid betekent dat Sgr A* het meest bestudeerde superzware zwarte gat in het heelal is. Toch blijven Sgr A* en soortgelijke objecten enkele van de meest mysterieuze objecten die ooit zijn gevonden.
Dat komt omdat, zoals alle zwarte gaten, Sgr A* een object is dat zo dicht is dat zijn zwaartekracht het licht niet laat ontsnappen. Zwarte gaten zijn “natuurlijke bewaarders van hun eigen geheimen”, zegt natuurkundige Lena Murchikova van het Institute for Advanced Study in Princeton, NJ, die geen deel uitmaakt van het EHT-team. Hun zwaartekracht vangt licht op dat valt binnen een grens die de gebeurtenishorizon wordt genoemd. EHT’s beelden van Sgr A* en het M87 zwarte gat strekken zich uit tot aan die onontkoombare rand.
Sgr A* voedt zich met heet materiaal dat van massieve sterren in het galactische centrum wordt geduwd. Dat gas, dat door zijn zwaartekracht naar Sgr A* wordt getrokken, stroomt in een omringende schijf van gloeiend materiaal, een accretieschijf genaamd. De schijf, de sterren en een buitenste bel van röntgenlicht “zijn als een ecosysteem”, zegt astrofysicus Daryl Haggard van de McGill University in Montreal en een lid van de EHT-samenwerking. “Ze zijn volledig met elkaar verbonden.”
Die accretieschijf is waar de actie is – aangezien het gas binnen immens sterke magnetische velden beweegt – dus astronomen willen meer weten over hoe de schijf werkt.
Net als de meeste superzware zwarte gaten is Sgr A* stil en zwak (SN: 5/5/19 ). Het zwarte gat eet slechts een paar stukjes die het door zijn accretieschijf worden gevoed. Toch “is het altijd een beetje een raadsel geweest waarom het zo zwak is”, zegt astrofysicus Meg Urry van Yale University, die geen deel uitmaakt van de EHT-samenwerking. Het zwarte gat van M87 is daarentegen een monster dat zich verslikt in nabij materiaal en enorme, krachtige jets uitschiet (SN: 11/10/21). Maar dat betekent niet dat Sgr A* geen licht produceert. Astrofysici hebben het gebied zwak zien gloeien in radiogolven, trillen in infrarood en boeren in röntgenstralen.
In feite lijkt de accretieschijf rond Sgr A* constant te flikkeren en te pruttelen. Deze variabiliteit, het constante flikkeren, is als een schuim op de oceaangolven, zegt Markoff. “En dus zien we dit schuim dat omhoog komt van al deze activiteit, en we proberen de golven onder het schuim te begrijpen.”
De grote vraag, voegt ze eraan toe, was of astronomen met EHT iets zouden kunnen zien veranderen in die golven. In het nieuwe werk hebben ze gezien hints van die veranderingen onder het schuim, maar de volledige analyse is nog aan de gang.
Door ongeveer 3,5 petabyte aan gegevens te combineren, of het equivalent van ongeveer 100 miljoen TikTok-video’s, vastgelegd in april 2017, konden onderzoekers de afbeelding samenvoegen. Om een afbeelding uit de aanvankelijke massale wirwar van gegevens te halen, had het EHT-team jaren werk, gecompliceerde computersimulaties en observaties in verschillende soorten licht van andere telescopen nodig.
Die “multigolflengte” -gegevens van de andere telescopen waren cruciaal voor het samenstellen van het beeld. “Door deze dingen tegelijk en allemaal samen te bekijken, kunnen we een compleet beeld krijgen”, zegt theoreticus Gibwa Musoke van de Universiteit van Amsterdam.
De variabiliteit van Sgr A*, het constante sudderen, bemoeilijkte de analyse omdat het zwarte gat verandert op een tijdschaal van slechts een paar minuten, terwijl de onderzoekers het in beeld brachten. “Het was alsof je ’s nachts een duidelijk beeld probeerde te maken van een rennend kind”, zei astronoom José L. Gómez van het Instituto de Astrofísica de Andalucía in Granada, Spanje, tijdens een persconferentie die het resultaat aankondigde. M87 was gemakkelijker te analyseren omdat het in de loop van de weken veranderde.
Uiteindelijk zou een beter begrip van wat er gebeurt in de schijf zo dicht bij Sgr A* wetenschappers kunnen helpen te leren hoeveel andere soortgelijke superzware zwarte gaten werken.
De nieuwe EHT-waarnemingen bevestigen ook dat de massa van Sgr A* 4 miljoen keer die van de zon is. Als het zwarte gat onze zon zou vervangen, zou de schaduw die EHT heeft afgebeeld zich binnen de baan van Mercurius bevinden.
De onderzoekers gebruikten ook de afbeelding van Sgr A* om de algemene relativiteitstheorie op de proef te stellen (SN: 2/3/21). Einsteins standvastige zwaartekrachttheorie ging voorbij: de grootte van de schaduw kwam overeen met de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie. Door de theorie te testen in extreme omstandigheden – zoals die rond zwarte gaten – hopen wetenschappers eventuele verborgen zwakheden op te sporen.
Wetenschappers hebben eerder de algemene relativiteitstheorie getest door de bewegingen te volgen van sterren die heel dicht bij Sgr A* draaien – werk dat ook hielp bevestigen dat het object echt een zwart gat is (SN: 26-7-18). Voor die ontdekking wonnen onderzoekers Andrea Ghez en Reinhard Genzel in 2020 een deel van de Nobelprijs voor natuurkunde (SN: 10/6/20).
De twee soorten tests van de algemene relativiteitstheorie zijn complementair, zegt astrofysicus Tuan Do van UCLA. “Bij deze grote natuurkundige tests wil je niet slechts één methode gebruiken.” Als een test de algemene relativiteitstheorie lijkt tegen te spreken, kunnen wetenschappers controleren op een overeenkomstige discrepantie in de andere.
De Event Horizon Telescope test echter de algemene relativiteitstheorie veel dichter bij de rand van het zwarte gat, wat subtiele effecten van de fysica zou kunnen benadrukken die verder gaan dan de algemene relativiteitstheorie. “Hoe dichterbij je komt, hoe beter je in staat bent om naar deze effecten te zoeken”, zegt natuurkundige Clifford Will van de Universiteit van Florida in Gainesville.
Sommige onderzoekers hebben echter hebben bekritiseerd een vergelijkbare test van de algemene relativiteitstheorie gemaakt met behulp van de EHT-afbeelding van het zwarte gat van M87 (SN: 10/1/20). Dat komt omdat de test gebaseerd is op relatief wankele veronderstellingen over de fysica van hoe materiaal rond een zwart gat wervelt, zegt natuurkundige Sam Gralla van de Universiteit van Arizona in Tucson. Het op deze manier testen van de algemene relativiteitstheorie “zou alleen zin hebben als de algemene relativiteitstheorie de zwakste schakel zou zijn”, maar het vertrouwen van wetenschappers in de algemene relativiteitstheorie is sterker dan de aannames die in de test zijn gebruikt, zegt hij.
De waarnemingen van Sgr A* leveren meer bewijs dat het object in feite een zwart gat is, zegt natuurkundige Nicolas Yunes van de University of Illinois Urbana-Champaign. “Het is heel spannend om de eerste foto te hebben van een zwart gat in onze eigen Melkweg. Het is fantastisch.” Het spreekt tot de verbeelding, zoals vroege foto’s die astronauten van de aarde vanaf de maan maakten, zegt hij.
Dit zal niet de laatste in het oog springende foto zijn van Sgr A* van EHT. Aanvullende waarnemingen, gedaan in 2018, 2021 en 2022, wachten nog op analyse.
“Dit is ons dichtstbijzijnde superzware zwarte gat”, zegt Haggard. “Het is als onze beste vriend en buurman. En we bestuderen het al jaren als gemeenschap. [This image is a] echt diepgaande toevoeging aan dit opwindende zwarte gat waar we in onze carrière allemaal verliefd op zijn geworden.”
