Naar de content

Voor het eerst zien astronomen een zwart gat

Event Horizon Telescope maakt ‘foto’ van zwart gat in M87

EHT Collaboration/A. Broderick et al.

Het ogenschijnlijk meest onzichtbare object in het heelal is zichtbaar gemaakt. Wetenschappers hebben voor het eerst een beeld gemaakt van een zwart gat.

In dit diagram zijn de tot nu toe gevonden samensmeltingen van zwarte gaten te zien (in paars en blauw), weergegeven ter hoogte van hun massa (aantal zonsmassa’s, links). De wat lichtere neutronensterren zijn in geel weergegeven.

 LIGO-Virgo/Frank Elavsky/Aaron Geller/Northwestern/Roel van der Heijden (vertaling)
‘Zwaarste’ versmelting van zwarte gaten

Met respectievelijk 66 en 85 zonsmassa’s waren het flinke jongens. Twee zwarte gaten botsten en veroorzaakten zwaartekrachtgolven die de LIGO- en Virgo-detectoren op 21 mei 2019 maten. De botsing resulteerde in een nieuw zwart gat van 142 zonsmassa’s. Dat maakten betrokken wetenschappers op 2 september 2020 bekend.

Deze botsing is niet alleen bijzonder vanwege het feit dat het de zwaarste is die tot nu toe is waargenomen, maar ook valt de massa van de betrokken zwart gaten precies in de kloof tussen de ‘voorspelde’ exemplaren. Relatief lichte (stellaire) zwarte gaten van enkele zonsmassa’s ontstaan als sterren geen brandstof meer hebben en instorten. Van extreem zware zwarte gaten zoals in het centrum van veel sterrenstelsels wordt vermoed dat ze erg vroeg in het heelal ontstonden en zoveel materie opslokten dat ze nu miljoenen zonsmassa’s hebben.

Deze ontdekking laat zien dat er wel degelijk een mechanisme bestaat dat zwarte gaten produceert die precies tussen de twee bekende soorten vallen. Misschien kunnen reeksen van dit soort versmeltingen uiteindelijk zelfs het bestaan van de grootste zwarte gaten verklaren, speculeren de onderzoekers. Eerder schreef NEMO Kennislink over het eerste beeld dat van zo’n groot zwart gat werd gemaakt.

Een beeld van het zwarte gat in het sterrenstelsel M87. Het werd gemaakt door radiotelescopen van de Event Horizon Telescope.

 EHT Collaboration/A. Broderick et al.

Al tientallen jaren praten astronomen erover alsof ze er zeker van zijn dat ze bestaan, en toch was er nog nooit echt een zwart gat gezien. Nu er een eerste ‘foto’ is van een zwart gat, kan er geen twijfel meer bestaan: ze zijn echt.

Tijdens zes gelijktijdige persconferenties maakte een internationaal team van wetenschappers vandaag bekend dat ze het zware zwarte gat in het centrum van het buursterrenstelsel Messier 87 op de gevoelige plaat hebben vastgelegd. Ze gebruikten acht radiotelescopen over de hele wereld die aan elkaar gekoppeld de grootste telescoop ooit vormen. Deze zogenoemde Event Horizon Telescope had één doel: het vastleggen van de waarnemingshorizon van een zwart gat. Dit is de regio in de buurt van een zwart gat waarbinnen niets meer aan zijn aantrekkingskracht kan ontsnappen. Ook licht niet.

Gebogen licht

De foto laat een oplichtende ring zien, die wordt veroorzaakt doordat het zwarte gat het licht in zijn directe omgeving sterk buigt. Normaal beweegt licht in een rechte lijn; een zwart gat verfrommelt die rechte lijnen tot zeer kromme banen. Licht draait dichtbij het zwarte gat praktisch rondjes eromheen. De zichtbare ring is het resultaat van een complex samenspel van dat rondcirkelende licht en de sterk gekromde ruimtetijd ter plekke.

De onderkant van de ring is wat helderder, omdat het licht er iets meer in onze richting beweegt. De zwarte regio in het midden is een schaduw van de waarnemingshorizon, daar waar het licht in het zwarte gat verdwijnt.

NASA/JPL-Caltech via publiek domein

Waarom er überhaupt straling van een zwart gat afkomt en waarom een zwart gat niet zwart is? Dat komt omdat er in de omgeving gaswolken met enorme snelheden ronddraaien. Dat gas warmt op en produceert veel straling. Zwarte gaten zijn daardoor in feite de helderste objecten in het universum.

De modellen die we hadden kloppen met wat we zien, zegt Jordy Davelaar, promovendus van de Radboud Universiteit, die bij het onderzoek betrokken was. “De eerder geschatte massa van het zwarte gat (6,5 miljard keer de massa van de zon – red.) klopt en de oriëntatie komt overeen met andere waarnemingen”, zegt hij.

Davelaar is opgelucht. “Al in juli afgelopen jaar maakten verschillende teams van onderzoekers op basis van de data dit plaatje”, zegt hij. “Ik kreeg kippenvel toen ik het zag. De data was van extreem goede kwaliteit. In 2017 – toen de data werd verzameld – hebben we veel geluk gehad met goede weersomstandigheden op de locaties van bijna alle telescopen.”

Een eerdere simulatie van de omgeving van het zwarte gat.

 Bronzwaer/Davelaar/Moscibrodzka/Falcke, Radboud University

Pijlen op de boogschutter

Eerder liet Heino Falcke, hoogleraar radioastronomie van de Radboud Universiteit en een van de initiatiefnemers van de Event Horizon Telescope, nog aan NEMO Kennislink weten wat zijn verwachtingen waren: “Een vlek hier, en een vlek daar.” Maar deze cirkel lijkt ieders verwachtingen te overtreffen.

Jason Hessels is astronoom van ASTRON en bij de Universiteit van Amsterdam en is niet betrokken bij het onderzoek. Hij vindt het een knap resultaat. “Om zo’n hoge beeldresolutie te halen, moet je de telescopen heel goed afstellen. Die hebben veel last van de atmosfeer. Het is alsof je vanaf de bodem van een zwembad een foto probeert te maken van mensen aan de kant. Ik denk dat dit een van de memorabele ontdekkingen van de afgelopen tien tot twintig jaar is.”

Einstein heeft wéér gelijk

Er is ook nog een ander zwaar zwart gat waarop de Event Horizon Telescope nu zijn pijlen op richt: Sagittarius A*, in het centrum van ons eigen Melkwegstelsel. Een wat lichter en daardoor kleiner zwart gat (vier miljoen zonsmassa’s) dat veel dichterbij staat. Door zijn lagere massa zou hij sneller bewegen en lastiger op de foto te zetten zijn.

Het belangrijkste is misschien wel dat zwarte gaten nu niet alleen maar op papier bestaan. Tijdens de persconferentie in Brussel liet Falcke weten dat zwarte gaten vanaf nu een experimentele wetenschap zijn. En Einstein, die het bestaan van zwarte gaten zo’n honderd jaar geleden voorspelde? Ja, het wordt misschien een beetje saai, maar hij heeft wéér gelijk gekregen. Falcke zei stiekem te hopen op sporen van afwijkende natuurkunde, maar dit zwarte gat lijkt precies te doen wat de algemene relativiteitstheorie voorspelt.

ReactiesReageer