Bijgewerkt op 11 april om 16:40 uur ET.
Gisteren zagen Earthlings voor het eerst een echt beeld van een zwart gat - en veranderden wat alleen in onze collectieve verbeelding leefde in een concrete realiteit.
De afbeelding toont een oranjekleurige scheve ring die de donkere schaduw van een zwart gat omcirkelt en materie op 55 miljoen lichtjaar afstand opslokt in het centrum van een sterrenstelsel dat bekend staat als Virgo A (Messier 87).
Deze wazige eerste blik is voldoende om te bevestigen dat Einsteins relativiteitstheorie zelfs werkt aan de grens van deze gigantische afgrond - een extreme locatie waar sommigen dachten dat zijn vergelijkingen zouden mislukken. Maar dit ongrijpbare beeld roept veel vragen op. Hier zijn enkele van uw vragen beantwoord.
Wat is een zwart gat?
Zwarte gaten zijn extreem dichte objecten waar niets, zelfs geen licht, aan kan ontsnappen. Terwijl ze nabijgelegen materie eten, groeien ze in omvang. Zwarte gaten ontstaan meestal wanneer een grote ster sterft en op zichzelf instort.
Van superzware zwarte gaten, die miljoenen of miljarden keren zo massief zijn als de zon, wordt gedacht dat ze in het centrum van bijna elk sterrenstelsel liggen, inclusief het onze. Die van ons heet Boogschutter A *.
Waarom hebben we nog nooit een afbeelding van een zwart gat gezien?
Zwarte gaten, zelfs superzware, zijn niet zo groot. Een foto maken van het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg, waarvan wordt aangenomen dat het ongeveer 4 miljoen keer zo groot is als de zon, zou zijn als een foto maken van een dvd op het oppervlak van de maan, Dimitrios Psaltis, een astrofysicus aan de Universiteit van Arizona, vertelde Vox. Ook zijn zwarte gaten meestal gehuld in materiaal dat het licht rond het zwarte gat kan verdoezelen, schreven ze.
Hoe wisten we vóór deze afbeelding dat zwarte gaten bestonden?
Einsteins relativiteitstheorie voorspelde voor het eerst dat wanneer een massieve ster stierf, deze een dichte kern achterliet. Als deze kern meer dan drie keer zo zwaar was als de zon, toonden zijn vergelijkingen aan dat de zwaartekracht een zwart gat produceerde, aldus NASA.
Maar tot gisteren (10 april) konden wetenschappers geen zwarte gaten fotograferen of direct observeren. Ze vertrouwden eerder op indirect bewijs - gedrag of signalen afkomstig van andere objecten in de buurt. Zo slokt een zwart gat sterren op die er te dicht bij bewegen. Dit proces verwarmt de sterren, waardoor ze röntgensignalen uitzenden die door telescopen kunnen worden gedetecteerd. Soms spuwen zwarte gaten ook enorme uitbarstingen van geladen deeltjes uit, wat wederom door onze instrumenten kan worden gedetecteerd.
Wetenschappers bestuderen soms ook de beweging van objecten - als ze vreemd lijken te worden getrokken, kan een zwart gat de boosdoener zijn.
Wat zien we in de afbeelding?
Zwarte gaten zenden zelf te weinig straling uit om te worden gedetecteerd, maar zoals Einstein voorspelde, zijn de omtrek van een zwart gat en de horizon daarvan te zien - de grens waarboven het licht niet kan ontsnappen - te zien.
Het blijkt dat dat waar is. De donkere cirkel in het midden is de "schaduw" van het zwarte gat die wordt onthuld door het gloeiende gas dat aan de horizon van de gebeurtenis eromheen zit. (Door de extreme zwaartekracht van het zwarte gat wordt het gas oververhit, waardoor het straling afgeeft of "gloeit"). Maar het gas in de horizon van het evenement is niet echt oranje - eerder hebben de astronomen die bij het project betrokken waren ervoor gekozen om radiogolfsignalen oranje te kleuren om weer te geven hoe helder de emissies zijn.
De gele tinten vertegenwoordigen de meest intense emissies, terwijl rood een lagere intensiteit aangeeft en zwart weinig of geen emissies vertegenwoordigt. In het zichtbare spectrum zou de kleur van de emissies waarschijnlijk met het blote oog worden gezien als wit, misschien lichtjes besmet met blauw of rood.
Je kunt meer lezen in dit WordsSideKick.com-artikel.
Waarom is het beeld wazig?
Met de huidige technologie is dat de hoogst haalbare resolutie. De resolutie van de Event Horizon Telescope is ongeveer 20 microseconden. (Een microarcseconde is ongeveer zo groot als een punt aan het einde van een zin als je er vanaf de aarde naar keek en die periode stond in een folder op de maan, volgens de Journal of the Amateur Astronomers Association of New York.)
Als je een gewone foto maakt die miljoenen pixels bevat, deze een paar duizend keer opblaast en gladstrijkt, zie je ongeveer dezelfde resolutie als in de afbeelding met een zwart gat, volgens Geoffrey Crew, de vice-voorzitter van de Event Horizon Telescope. Maar aangezien ze een zwart gat op 55 miljoen lichtjaar afstand in beeld brengen, is dat ongelooflijk indrukwekkend.
Waarom is de ring zo onregelmatig van vorm?
De missiewetenschappers weten het nog niet. 'Goede vraag, die we in de toekomst hopen te beantwoorden', zei Crew. 'Voorlopig is dat wat M87 ons heeft laten zien.'
Hoe hebben wetenschappers dit beeld vastgelegd?
Meer dan 200 astronomen over de hele wereld hebben de metingen uitgevoerd met behulp van acht op de grond gebaseerde radiotelescopen, gezamenlijk bekend als de Event Horizon Telescope (EHT). Deze telescopen bevinden zich meestal op grote hoogte zoals vulkanen in Hawaï en Mexico, bergen in Arizona en de Spaanse Sierra Nevada, de Atacama-woestijn en Antarctica, volgens een verklaring van de National Science Foundation.
In april 2017 hebben de astronomen alle telescopen gesynchroniseerd om metingen te doen van radiogolven die worden uitgezonden vanaf de horizon van het zwarte gat, allemaal tegelijk. Het synchroniseren van de telescopen was vergelijkbaar met het maken van een telescoop op aarde met een indrukwekkende resolutie van 20 microseconden - genoeg om een krant in de handen van een New Yorker helemaal vanuit een café in Parijs te lezen, aldus de verklaring. (Ter vergelijking: het zwarte gat dat ze in beeld brachten, is ongeveer 42 microarcseconden breed).
Vervolgens hebben ze al deze ruwe metingen uitgevoerd, geanalyseerd en gecombineerd in het beeld dat u ziet.
Waarom hebben de wetenschappers radiogolven gemeten in plaats van zichtbaar licht om het beeld vast te leggen?
Ze zouden een betere resolutie kunnen krijgen door radiogolven te gebruiken dan wanneer ze zichtbaar licht zouden gebruiken. "Radiogolven bieden momenteel de hoogste hoekresolutie van welke techniek dan ook", aldus Crew. Hoekresolutie verwijst naar hoe goed (de kleinste hoek) een telescoop kan onderscheiden tussen twee afzonderlijke objecten.
Is dit een echte foto?
Nee, niet in traditionele zin. 'Het is moeilijk om een beeld te maken met radiogolven', zei Crew. De missiewetenschappers maten de radiogolven die werden uitgezonden vanuit de horizon van het zwarte gat en verwerkten die informatie vervolgens met een computer om het beeld te maken dat je ziet.
Bewijst dit beeld opnieuw de relativiteitstheorie van Einstein?
Ja. Einsteins relativiteitstheorie voorspelde dat zwarte gaten bestaan en dat ze een horizon hebben. De vergelijkingen voorspellen ook dat de horizon van de gebeurtenis enigszins cirkelvormig moet zijn en dat de grootte direct gerelateerd moet zijn aan de massa van het zwarte gat.
Lo en zie: een enigszins cirkelvormige horizon van gebeurtenissen en de afgeleide massa van het zwarte gat komt overeen met schattingen van wat het zou moeten zijn op basis van de beweging van sterren die er verder van verwijderd zijn.
Je kunt meer lezen op Space.com.
Waarom hebben ze geen beeld gemaakt van het zwarte gat van ons eigen sterrenstelsel, in plaats daarvan een ver weg gekozen?
M87 was de eerste zwarte-gatonderzoeker die werd gemeten, dus analyseerden ze dat voor het eerst, zei Shep Doeleman, de directeur van de Event Horizon Telescope, tijdens een persconferentie. Maar het was ook gemakkelijker af te beelden in vergelijking met Boogschutter A *, die zich in het centrum van ons sterrenstelsel bevindt, voegde hij eraan toe. Dat komt omdat het zo ver weg is dat het niet veel beweegt tijdens een avondje metingen. Boogschutter A * is veel dichterbij, dus het is niet zo "vast" in de lucht. In ieder geval "we zijn erg enthousiast om aan Sag A * te werken", zei Doeleman. 'We beloven niets, maar we hopen dat snel te krijgen.'
