De Event Horizon-telescoop, een reeks van acht radiotelescopen op aarde, die door internationale samenwerking tot stand is gebracht, heeft dit beeld van het superzware zwarte gat in het centrum van de melkweg M87 en zijn schaduw vastgelegd.
(Afbeelding: © EHT Collaboration)
Zwarte gaten zijn eindelijk uit de schaduw getrokken.
Voor de allereerste keer fotografeerde de mensheid een van deze ongrijpbare kosmische beesten, die licht schenen op een exotisch ruimte-tijdrijk dat ons lang niet gekend had.
"We hebben gezien wat we dachten dat niet bruikbaar was", zei Sheperd Doeleman van de Harvard University en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics vandaag (10 april) tijdens een persconferentie in de National Press Club in Washington, D.C.
Doeleman leidt het Event Horizon Telescope (EHT) -project, dat de epische beelden vastlegde. Deze vier foto's, die vandaag werden onthuld tijdens persevenementen over de hele wereld en in een reeks gepubliceerde artikelen, schetsen de contouren van het monsterzwarte gat op de loer in het hart van het elliptische stelsel M87.
De beelden zijn op zichzelf al verbluffend genoeg. Maar nog belangrijker is het pad dat de nieuwe resultaten waarschijnlijk zullen opvlammen, aldus onderzoekers.
"Er is echt een nieuw veld te verkennen", zei Peter Galison, een professor in de natuurkunde en de geschiedenis van de wetenschap aan Harvard, vorige maand in een EHT-talk op het South by Southwest (SXSW) festival in Austin, Texas. 'En dat is uiteindelijk wat er zo spannend aan is.'
Galison, die mede-oprichter was van het interdisciplinaire Black Hole Initiative (BHI) van Harvard, vergeleek de potentiële impact van de beelden met die van de tekeningen die de Engelse wetenschapper Robert Hooke in de 17e eeuw maakte. Deze illustraties lieten mensen zien hoe insecten en planten er door een microscoop uitzien.
'Het heeft een wereld geopend', zei Galison over Hookes werk.
Een telescoop zo groot als de aarde
De EHT is een consortium van meer dan 200 wetenschappers dat al zo'n twee decennia in de maak is. Het is een echt internationale onderneming; financiering door de jaren heen is afkomstig van de Amerikaanse National Science Foundation en vele andere organisaties in landen over de hele wereld.
Het project dankt zijn naam aan het beroemde punt van geen terugkeer van een zwart gat - de grens waarboven niets, zelfs geen licht, aan de zwaartekracht van het object kan ontsnappen.
"De horizon van het evenement is de ultieme gevangenismuur", vertelde BHI-oprichtend directeur Avi Loeb, de voorzitter van de astronomie-afdeling van Harvard, aan Space.com. (Loeb maakt geen deel uit van het EHT-team.) "Als je eenmaal binnen bent, kun je er nooit meer uitkomen."
Het is dus onmogelijk om het interieur van een zwart gat te fotograferen, tenzij het je op de een of andere manier lukt om daar zelf in te komen. (Jij en je foto's konden natuurlijk niet terug naar de buitenwereld.)
De EHT beeldt dus de horizon van het evenement af en brengt het donkere silhouet van het zwarte gat in kaart. (De schijf van snel bewegend gas dat rond en in zwarte gaten wervelt, straalt veel straling uit, dus dergelijke silhouetten vallen op.)
'We zijn op zoek naar het verlies van fotonen', vertelde EHT-raadslid Dan Marrone, universitair hoofddocent astronomie aan de Universiteit van Arizona, aan Space.com.
Het project heeft twee zwarte gaten onderzocht: de kolos M87, die ongeveer 6,5 miljard keer de massa van de zon van de aarde herbergt, en ons eigen zwarte gat in de Melkweg, bekend als Boogschutter A *. Dit laatste object, hoewel het nog steeds een superzwaar zwart gat is, is een runt vergeleken met het beest van M87, met slechts 4,3 miljoen zonsmassa's.
Beide objecten zijn harde doelen vanwege hun enorme afstand tot de aarde. Boogschutter A * ligt ongeveer 26.000 lichtjaar van ons verwijderd en het zwarte gat van M87 is maar liefst 53,5 miljoen lichtjaar verwijderd.
Vanuit ons perspectief is de evenementenhorizon van Boogschutter A * zo klein dat het equivalent is van het zien van een sinaasappel op de maan of het kunnen lezen van de krant in Los Angeles terwijl je in New York City zit, "zei Doeleman tijdens het SXSW-evenement vorige maand.
Geen enkele telescoop op aarde kan die waarneming maken, dus moesten Doeleman en de rest van het EHT-team creatief worden. De onderzoekers hebben radiotelescopen in Arizona, Spanje, Mexico, Antarctica en andere plaatsen over de hele wereld met elkaar verbonden en vormen een virtueel instrument ter grootte van de aarde.
Zoveel data
Het EHT-team heeft deze megascoop gebruikt om de twee superzware zwarte gaten tot nu toe twee weken lang te onderzoeken - één keer in april 2017 en opnieuw het volgende jaar. De nieuwe beelden zijn afkomstig van de eerste observatierun.
Er zijn goede redenen waarom het twee jaar duurt voordat het eerste resultaat van het project uitkomt. Om te beginnen genereerde elke nacht van observatie ongeveer 1 petabyte aan gegevens, wat resulteerde in zo'n grote vlucht dat het team zijn informatie op een ouderwetse manier van plaats naar plaats moet verplaatsen.
'We kunnen deze gegevens op geen enkele manier via internet overdragen', zei EIT-projectwetenschapper Dimitrios Psaltis, een astronomieprofessor aan de Universiteit van Arizona, tijdens het SXSW-evenement. "Wat we dus eigenlijk doen, is dat we onze harde schijven meenemen en dat we ze van plaats tot plaats door FedEx sturen. Dit is veel sneller dan welke kabel dan ook die je ooit kunt vinden."
Dit vertraagt en bemoeilijkt natuurlijk de analyse. Gegevens van de EHT-scope bij de zuidpool konden bijvoorbeeld pas in december 2017 Antarctica verlaten, toen het warm genoeg was om vliegtuigen in en uit te laten gaan, zei Marrone.
Het correleren en kalibreren van de gegevens was ook lastig, voegde hij eraan toe. En het team heeft veel zorg besteed aan dit werk, gezien de gewichtige aard van de vondst.
"Als je met een grote claim komt dat je een zwart gat in beeld wilt brengen, moet je groot bewijs hebben, heel sterk bewijs", zei Doeleman tijdens het SXSW-evenement (dat diende als een uitlegger van de EHT-inspanning, maar kondigde niet aan eventuele resultaten).
"En bij ons project denken we vaak dat mensen zoals [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [en Karl] Schwarzschild een beetje over onze schouders kijken", voegde hij eraan toe, verwijzend naar natuurkundigen die ons hebben geholpen om ons begrip van zwarte gaten te pionieren. 'En als je armaturen hebt die je werk virtueel controleren, wil je het echt goed doen.'
Wat het allemaal betekent
Het EHT-project heeft twee hoofddoelen, zei Psaltis: voor de allereerste keer een horizon van gebeurtenissen in kaart brengen en helpen bepalen of Einsteins algemene relativiteitstheorie moet worden herzien.
Voordat Einstein langs kwam, werd de zwaartekracht over het algemeen beschouwd als een mysterieuze kracht op afstand. Maar algemene relativiteitstheorie omschrijft het als de vervorming van de ruimtetijd: massieve objecten zoals planeten, sterren en zwarte gaten creëren een soort doorzakking in de ruimtetijd, net zoals een bowlingbal dat zou doen als het op een trampoline zou worden geplaatst. Nabijgelegen objecten volgen deze curve en worden naar de centrale massa geleid.
De algemene relativiteitstheorie heeft in de loop van de eeuw sinds de introductie ongelooflijk goed standgehouden en heeft alle tests doorstaan die wetenschappers eraan hebben gegeven. Maar de observaties van de EHT vormen een nieuwe beproeving, in een extreem rijk waar voorspellingen mogelijk niet overeenkomen met de werkelijkheid. Dat komt omdat astronomen de verwachte grootte en vorm van een gebeurtenishorizon kunnen berekenen met behulp van algemene relativiteit, legde Psaltis uit.
Als het waargenomen silhouet overeenkomt met de op theorie gebaseerde simulaties, 'had Einstein 100% gelijk', zei Psaltis. 'Als het antwoord nee is, dan moeten we zijn theorie aanpassen om het met experimenten te laten werken. Zo gaat de wetenschap.'
En we hebben vandaag geleerd dat er geen aanpassingen nodig zijn, althans op dit moment: de M87-waarnemingen van EHT komen overeen met de algemene relativiteitstheorie, aldus teamleden. De horizon van de gebeurtenis is namelijk bijna cirkelvormig en heeft de "juiste" maat voor een zwart gat van die immense massa.
"Ik moet toegeven dat ik een beetje verbluft was dat het zo goed overeenkwam met de voorspellingen die we hadden gedaan", zei EHT-teamlid Avery Broderick van de Universiteit van Waterloo en het Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada tijdens de persconferentie van vandaag. .
Zulk grondwerk is natuurlijk van vitaal belang voor het wetenschappelijke proces. Inderdaad, het verstrekken van betere informatie om theorieën en simulaties in te voeren, zal waarschijnlijk een van de grootste bijdragen van de EHT zijn, zei Loeb.
'Fysica doen is een dialoog met de natuur', zei hij. "We testen onze ideeën door ze te vergelijken met experimenten; experimentele gegevens zijn cruciaal."
De nieuwe resultaten zouden wetenschappers ook moeten helpen om betere grip te krijgen op zwarte gaten, zeiden hij en andere onderzoekers. EHT-beelden zullen bijvoorbeeld waarschijnlijk veel licht werpen op hoe gas in een kuil van een zwart gat naar beneden spiraalt. Dit accretieproces, dat kan leiden tot het genereren van krachtige stralen van straling, is slecht begrepen, zei Loeb.
Bovendien kan de vorm van een gebeurtenishorizon onthullen of een zwart gat ronddraait, zei Fiona Harrison van het California Institute of Technology, de hoofdonderzoeker van NASA's onderzoek naar zwarte gaten Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) missie.
"We hebben de spin van zwarte gaten indirect afgeleid", vertelde Harrison, die geen deel uitmaakt van het EHT-team, aan Space.com. EHT-beelden bieden "een directe test, die erg spannend is", voegde ze eraan toe.
Uit de gegevens van EHT bleek dat het zwarte gat M87 met de klok mee draait, zeiden teamleden vandaag.
Het project zou ook moeten laten zien hoe materie over een zwart gat wordt verdeeld, en EHT-waarnemingen zouden astronomen uiteindelijk veel kunnen leren over hoe superzware zwarte gaten de evolutie van hun gaststelsels op lange termijn vormgeven, zei Harrison.
De resultaten van EHT passen ook goed bij die van de Laserinterferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), die de ruimtetijd-rimpelingen heeft gedetecteerd die ontstaan door fusies met zwarte gaten die slechts enkele tientallen keren zo massief zijn als de zon.
"Ondanks dat ze variëren over een factor van een miljard massa, zijn bekende zwarte gaten allemaal in overeenstemming met een enkele beschrijving", zei Broderick vandaag. "Zwarte gaten groot en klein zijn op belangrijke manieren analoog. Wat we van het ene [type] leren, geldt noodzakelijkerwijs voor het andere."
En voor het geval je je afvraagt over Boogschutter A *: het EHT-team hoopt binnenkort beelden van dat superzware zwarte gat te krijgen, zei Doeleman vandaag. De onderzoekers keken eerst naar M87, en het is een beetje gemakkelijker op te lossen dan Boogschutter A * omdat het minder kort is op korte tijdschalen, legde hij uit.
Een nieuw perspectief?
Dan is er de bredere aantrekkingskracht van de pas vrijgegeven beelden - hoe het spreekt tot degenen onder ons die geen astrofysici zijn.
De bijdragen in deze arena kunnen aanzienlijk zijn, zeiden EHT-teamleden en externe wetenschappers. Foto's kunnen de manier waarop we over onszelf en onze plaats in het universum denken veranderen, merkte Marrone op, onder verwijzing naar de beroemde "Earthrise" -foto gemaakt door Apollo 8-astronaut Bill Anders in december 1968. Dit beeld, dat de massa een glimp opleverde van onze planeet als het is echt - een eenzame buitenpost van het leven in een oneindige zee van duisternis - wordt algemeen beschouwd als een bijdrage aan het stimuleren van de milieubeweging.
Het zien van een echt zwart gat - of in ieder geval het silhouet ervan - 'is het spul van sciencefiction', zei Harrison. En we hebben alleen de eerste paar foto's van het project gezien, ze voegde eraan toe: "Ze worden alleen maar beter."
- Astronomen storten zich voor de eerste keer in een zwart gat met Event Horizon Telescope
- Dit enorme zwarte gat draait met de helft van de lichtsnelheid!
- 8 Baffling Astronomy Mysteries
Mike Wall's boek over de zoektocht naar buitenaards leven, "Buiten'(Grand Central Publishing, 2018; geïllustreerd door Karl Tate), is nu uit. Volg hem op Twitter @michaeldwall. Volg ons op Twitter @Spacedotcom of Facebook.
