Astronomen orkestreerden radioschoteltelescopen over de hele wereld in een virtuele camera van aardformaat voor een gedurfd nieuw experiment dat probeert het allereerste beeld van een zwart gat te leveren. De telescoopsamenwerking is ingesteld op maak deze week een grote aankondiging van de resultaten, en leden hebben tijdens een gesprek in maart ook hun onderzoeksaanpak beschreven.
Zwarte gaten zijn extreme vervormingen in de ruimtetijd die zo sterk zijn dat hun enorme zwaartekracht zelfs licht niet laat ontsnappen als het dichtbij genoeg komt.
Het idee van de astronomen is fotografeer het ronde, ondoorzichtige silhouet van een zwart gat gegoten op een lichte achtergrond. De rand van de schaduw is de horizon van de gebeurtenis, het punt waar geen zwart gat terugkomt. Een foto zegt meer dan duizend woorden en een foto van een zwart gat zou een belangrijk hulpmiddel zijn om astrofysica, kosmologie en de rol van zwarte gaten in het universum te begrijpen.
Als een astronaut een sinaasappel op het oppervlak van de maan zou leggen, zou de citrusvrucht vanaf de aarde heel moeilijk te zien zijn. Zwarte gaten zijn net zo moeilijk te zien, zei Sheperd Doeleman, de projectdirecteur van een ambitieus nieuw project genaamd de Event Horizon Telescope.
Doeleman deelde deze anekdote vorige maand met een publiek tijdens een panel op het South by Southwest (SXSW) festival in Austin, Texas. Doeleman en collega-medewerkers Sera Markoff, Peter Galison en Dimitrios Psaltis belichtten hoe het project werkt tijdens het SXSW-evenement, "EHT: een planetaire inspanning om een zwart gat te fotograferen."
Zwarte gaten zijn enorme structuren in vergelijking met planeten en mensen. Maar wat ons groot lijkt, is op galactische schaal piepklein. Dus het fotograferen van de horizon van een zwart gat is ingewikkeld.
'Een van de EHT-doelen is ongeveer 10 procent van de omvang van ons zonnestelsel', zei Sera Markoff, astrofysicus van de Universiteit van Amsterdam, tijdens het panel. Het superzware zwarte gat in het midden van de Melkweg, genaamd Boogschutter A *, is ongeveer de grootte van de baan van Mercurius, voegde Doeleman eraan toe.
Als een ruimteschip astronomen uit de Melkweg zou kunnen halen, die volgens Markoff ongeveer 50 miljard keer groter is dan Boogschutter A *, dan zou het behoorlijk lastig zijn om dit zwarte gat tussen de miljarden andere sterren en planeten in de melkweg te spotten.
Om het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg te observeren of om een van de andere doelen van het project te zien - het superzware zwarte gat in de kern van het superreuzenstelsel Messier 87 - moest het EHT-team de aarde veranderen in een virtuele telescoop platform. Dat komt omdat de kracht van een telescoop om afbeeldingen op te lossen beperkt is tot de grootte van zijn schaal, en door een reeks instrumenten over de hele wereld te gebruiken, breekt het team de schaal effectief op en verspreidt de stukken wereldwijd om één groot ruimtelijk oog te maken.
De radiotelescoopobservatoria die betrokken waren bij de waarnemingen van EHT in 2017 waren ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array in Chile; APEX (Atacama Pathfinder Experiment) in Chile; IRAM 30m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) in Spain; LMT (Large Millimeter Telescope) in Mexico; SMT (Submillimeter Telescope) in Arizona; JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) in Hawaii; SMA (SubMillimeter Array) in Hawaii; en SPT (South Pole Telescope) in Antarctica.
Er werden ook gecoördineerde waarnemingen gedaan in de röntgen- en gammastraalbanden.
Boogschutter A * is inactief, wat betekent dat het niet actief veel nabije sterren en gas verbruikt, waardoor straling vrijkomt. Een actief zwart gat schuilt in Messier 87. Om het superzware zwarte gat in de buurt te zien en het gat dat verder weg kronkelt, moeten de telescopen 'het hele bereik van het elektromagnetische spectrum, van de radio tot de gammastraling', observeren, zei Markoff.
Had Einstein 100% gelijk?
In de kern van het project willen de 200 wetenschappers twee vragen beantwoorden, aldus Psaltis, een astronoom en natuurkundige aan de Universiteit van Arizona. De eerste is simpelweg als het fotograferen van een zwart gat mogelijk is. Maar het tweede belangrijke wat ze vragen is of Einstein 100 procent gelijk had over hoe zwarte gaten zich gedragen.
"Einstein vertelde ons 100 jaar geleden precies wat de grootte en de vorm van die schaduw van dat zwarte gat zou moeten zijn. Als we een liniaal over die schaduw zouden kunnen leggen, zouden we Einsteins theorie over de grens van het zwarte gat kunnen testen," Zei Doeleman.
Het team wilde ook modellen bouwen die in verschillende omstandigheden zwarte gaten zouden beschrijven, die dan worden vergeleken met EHT-waarnemingen.
In het werk dat bij SXSW wordt beschreven, gebruikte het team grafische verwerkingseenheden (GPU's), zoals die in uw favoriete videogameconsoles of uw computer, om alle hypothetische varianten van een zwarte-gatomgeving te modelleren. Ze produceerden honderden gigabytes aan 3D-volumegegevens om de mogelijkheden te modelleren. Psaltis zei dat fotonen, plasma, gas en magnetische velden allemaal worden beschreven in de voorspelling van een zwart gat.
Zodra ze er een hebben, kan het team een afbeelding van de schaduw van een zwart gat vergelijken met de verschillende scenario's die door de GPU's worden verwerkt om de meest realistische simulatie te maken van hoe een zwart gat zich gedraagt, op basis van ons huidige begrip van de natuurkunde.
"Wat het zwarte gat-beeld voor ons zou kunnen doen, als we het kunnen krijgen, zou zijn om iets te nemen dat het meest extreem is, de vreemdste voorspelling van algemene relativiteitstheorie, een van de grote prestaties van de menselijke geest, [en] combineer het met de meest geavanceerde elektronica met een planetaire schaal samenwerking met de meest geavanceerde statistieken [en] nieuwe beeldvormingstechnieken, "zei Galison, een professor aan de Harvard University, tijdens het panel. "Het is alsof je een nieuwe camera maakt met een nieuw soort film, een nieuw soort lens, die je in één keer combineert met andere camera's, en als dat zou kunnen gebeuren, als we daadwerkelijk konden instappen en heel dicht bij de horizon konden kijken . "
Galison voegde eraan toe dat het eerste beeld van een zwart gat zonder enige twijfel - met opzet bedoeld - zou bewijzen dat deze gigantische, machtige en ongrijpbare structuren bestaan.
- Mysterieuze 'koe'-explosie in de ruimte kan de geboorte van een zwart gat onthullen
- Deze Trippy-simulatie laat zien hoe Monster Black Holes gloeien voordat ze botsen
- Zelden gezien middengewicht Black Hole Gobbles Star
