Astronomen maken eerste foto van een zwart gat

Sterrenkundigen zijn er voor het eerst in geslaagd een foto te maken van een superzwaar zwart gat en zijn schaduw. Ze maakten de opname met de Event Horizon Telescope (EHT), een wereldwijd netwerk van acht radiotelescopen, die samen een virtuele telescoop ter grootte van de aarde vormen. Het nieuws werd gelijktijdig op zes persconferenties over de hele wereld gepresenteerd. Bij het project zijn astronomen betrokken van de Radboud Universiteit, de Universiteit van Amsterdam, de Universiteit Leiden, en dr. Ronald Hesper van de NOVA-technische subgroep van de Rijksuniversiteit Groningen en JIVE.

Het resultaat is gepubliceerd in zes wetenschappelijke artikelen in een speciale uitgave van het vaktijdschrift Astrophysical Journal Letters. Op de foto staat het zwarte gat in het centrum van Messier 87, een zwaar sterrenstelsel in de Virgocluster. Dit zwarte gat staat op een afstand van 55 miljoen lichtjaar van de aarde en is 6,5 miljard keer zo zwaar als onze zon.

De koppeling van de acht telescopen levert een ongekende gevoeligheid en resolutie op. Verschillende beeldvormingstechnieken hebben keer op keer tijdens onafhankelijke waarnemingen met de EHT een ringachtige structuur onthuld met een donker gebied in het midden, de schaduw van het zwarte gat in M87. "Wetenschappers van over de hele wereld hebben samengewerkt," zegt een trotse voorzitter van het EHT-bestuur Anton Zensus (Max Planck Institut für Radioastronomie in Bonn, Duitsland). EHT-projectdirecteur Sheperd S. Doeleman (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS) spreekt van "een mijlpaal binnen de sterrenkunde, bereikt met een team van meer dan tweehonderd onderzoekers uit achttien landen".

Aan de wieg

Heino Falcke, hoogleraar astrodeeltjesfysica en radioastronomie aan de Radboud Universiteit, is de voorzitter van de wetenschappelijke raad van de EHT en stond aan de wieg van het idee om met een telescopennetwerk een zwart gat te fotograferen. "Als het zwarte gat zich bevindt in een helder gebied, zoals een schijf van gloeiend gas, verwachten we dat het een donker gebied, vergelijkbaar met een schaduw, creëert. Wij hebben de foto ook vergeleken met supercomputersimulaties van verschillende modellen van zwarte gaten. Deze simulaties sluiten verrassend goed aan op de waarnemingen en maken het mogelijk om de eigenschappen van het zwarte gat te bepalen."

De schaduw wordt veroorzaakt door de afbuiging van het licht door de kromming van de ruimte en door de absorptie van het licht in de zogeheten waarnemingshorizon van het zwarte gat. De horizon is de rand van het gebied waaruit niets meer, zelfs geen licht, kan ontsnappen aan het zwarte gat. Falcke: "Vorm en grootte van de schaduw passen perfect bij wat we hadden verwacht op basis van Einsteins algemene relativiteitstheorie en het bestaan van een waarnemingshorizon."

Exotische objecten

Zwarte gaten zijn exotische kosmische objecten met gigantische massa's, maar met een kleine omvang. Een zwart gat oefent extreme invloed uit op zijn omgeving. Het kromt de ruimtetijd en verhit omringend materiaal tot superhoge temperaturen. "De grootte van de schaduw is gerelateerd aan de massa van een zwart gat, en we hebben de enorme massa van het zwarte gat in M87 nu ook echt kunnen meten," zegt Sera Markoff, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Amsterdam. Markoff is lid van de wetenschappelijke raad van de EHT en co-coördinator van de Multiwavelength Working Group.

"We weten dat zwarte gaten een gigantische invloed op hun omgeving hebben, op schalen die honderden miljoenen keren groter zijn dan die van hun waarnemingshorizon. Met de EHT hebben we nu voor het eerst direct kunnen kijken naar de oorsprong van dit proces," voegt Markoff toe.

Nieuw instrument

Wetenschappers hebben met de EHT een nieuw instrument in handen om de meest extreme objecten in het heelal te bestuderen, die Einstein voorspelde. Het resultaat komt precies honderd jaar na het experiment dat Einsteins theorie voor het eerst bevestigde. De projectmanager van het EHT-project Remo Tilanus (Universiteit Leiden en Radboud Universiteit) is opgetogen: "Dit fantastische resultaat volgt op jaren van hard werk van teams over de hele wereld om de EHT technisch te realiseren en klaar te hebben voor de waarnemingen in 2017. Dat is een gouden jaar geworden: niet alleen werkte alles foutloos, zelfs het weer was overal perfect."

Teamwerk

Aan de Radboud Universiteit heeft een team van tien onderzoekers en studenten, mede onder leiding van de astrofysici Monika Mościbrodzka en Ciriaco Goddi, de afgelopen twee jaar hard gewerkt om dit resultaat te bereiken. Ze hebben deelgenomen aan de waarnemingen met de diverse telescopen en hebben een cruciale bijdrage geleverd aan de data-analyse en de ontwikkeling van theoretische modellen.

Belangrijke bijdragen zijn geleverd door de Universiteit van Amsterdam op het gebied van modellering en interpretatie, door de Allegro-groep van de Universiteit Leiden voor de kalibratie van de waarnemingen, door JIVE op het gebied van data-analysesoftware en door de NOVA-submm-groep van de Rijksuniversiteit Groningen voor gespecialiseerde apparatuur.

Vervolg

Heino Falcke (Radboud Universiteit) kijkt ernaar uit om met verbeteringen in het netwerk op jacht te gaan naar scherpere foto's. "Een nieuw tijdperk is aangebroken, waarin de ultieme grens van ruimte en tijd geen abstract concept meer is, maar een meetbare realiteit. Om de gevoeligheid te verhogen willen wij het EHT-netwerk uitbreiden en een millimetertelescoop in Afrika bouwen. Gelukkig hebben wij daar nu al de eerste steun van verschillende partijen en zelfs bedrijven voor."