Afbeelding tegoed: NRAO
Dertig jaar nadat astronomen het mysterieuze object in het exacte centrum van ons Melkwegstelsel ontdekten, is het een internationaal team van wetenschappers eindelijk gelukt om de grootte van dat object, dat een zwart gat omringt dat bijna vier miljoen keer zo groot is als de zon, rechtstreeks te meten. Dit is tot nu toe de meest nabije telescopische benadering van een zwart gat en brengt een belangrijke grens van astrofysica binnen het bereik van toekomstige waarnemingen. De wetenschappers gebruikten de Very Long Baseline Array (VLBA) -radiotelescoop van de National Science Foundation om de doorbraak te maken.
'Dit is een grote stap voorwaarts', zegt Geoffrey Bower van de University of California-Berkeley. 'Dit is iets dat mensen al 30 jaar willen doen', sinds het Galactische centrumobject, Boogschutter A * genaamd (uitgesproken als 'A-ster'), in 1974 werd ontdekt. De astronomen rapporteerden hun onderzoek in de editie van 1 april van Science Express.
"Nu hebben we een maat voor het object, maar het mysterie over de exacte aard ervan blijft bestaan," voegde Bower eraan toe. De volgende stap, legde hij uit, is om de vorm ervan te leren, 'zodat we kunnen zien of het jets, een dunne schijf of een bolvormige wolk is'.
Het centrum van de Melkweg, 26.000 lichtjaar van de aarde, wordt verduisterd door stof, dus telescopen met zichtbaar licht kunnen het object niet bestuderen. Terwijl radiogolven uit het centrale gebied van de Melkweg het stof kunnen binnendringen, worden ze verstrooid door turbulent geladen plasma in de ruimte langs de gezichtslijn naar de aarde. Deze verstrooiing had eerdere pogingen om de grootte van het centrale object te meten gefrustreerd, net zoals mist de schittering van verre vuurtorens doet vervagen.
"Na 30 jaar hebben radiotelescopen eindelijk de mist opgetrokken en kunnen we zien wat er aan de hand is", zegt Heino Falcke van de Westerbork Radiobewaking in Nederland, een ander lid van het onderzoeksteam.
Het heldere, radio-emitterende object zou netjes passen binnen het pad van de baan van de aarde rond de zon, aldus de astronomen. Het zwarte gat zelf, berekenen ze, is ongeveer 14 miljoen mijlen breed en past gemakkelijk in de baan van Mercurius. Zwarte gaten zijn concentraties van materie die zo dicht zijn dat zelfs licht niet aan hun krachtige zwaartekracht kan ontsnappen.
De nieuwe VLBA-waarnemingen gaven astronomen hun beste kijk tot nu toe op een systeem met zwarte gaten. 'We zijn hier veel dichter bij het zien van de effecten van een zwart gat op zijn omgeving dan waar dan ook', zei Bower.
Het centrale zwarte gat van de Melkweg, net als zijn meer massieve neven en nichten in actievere galactische kernen, wordt verondersteld materiaal uit zijn omgeving op te halen en daarbij de straling van de radiogolven aan te drijven. Hoewel de nieuwe VLBA-waarnemingen geen definitief antwoord hebben gegeven op de aard van dit proces, hebben ze sommige theorieën helpen uitsluiten, zei Bower. Gebaseerd op het laatste werk, legde hij uit, zijn de overgebleven theorieën over de aard van het radio-emitterende object stralen van subatomaire deeltjes, vergelijkbaar met die in radiostelsels; en sommige theorieën over materie die wordt versneld aan de rand van het zwarte gat.
Terwijl de astronomen Boogschutter A * bij steeds hogere radiofrequenties bestudeerden, werd de schijnbare grootte van het object kleiner. Ook dit feit, zei Bower, hielp sommige ideeën over de aard van het object uit te sluiten. De afname van de waargenomen grootte met toenemende frequentie of kortere golflengte geeft de astronomen ook een prikkelend doelwit.
"We denken dat we uiteindelijk op voldoende korte golflengten kunnen waarnemen dat we een afsnijding zullen zien wanneer we de grootte van het zwarte gat zelf bereiken," zei Bower. Bovendien zei hij: "in toekomstige waarnemingen hopen we een‘ schaduw ’te zien die wordt veroorzaakt door een zwaartekrachtlenseffect van de zeer sterke zwaartekracht van het zwarte gat."
In 2000 stelden Falcke en zijn collega's een dergelijke opmerking voor op theoretische gronden, en nu lijkt het haalbaar. "Het in beeld brengen van de schaduw van de horizon van het zwarte gat is nu binnen ons bereik, als we de komende jaren hard genoeg werken", voegde Falcke toe.
Een andere conclusie die de wetenschappers hebben getrokken, is dat "de totale massa van het zwarte gat zeer geconcentreerd is", aldus Bower. De nieuwe VLBA-waarnemingen bieden volgens hem de 'meest nauwkeurige lokalisatie van de massa van een superzwaar zwart gat ooit'. De precisie van deze waarnemingen stelt de wetenschappers in staat om te zeggen dat een massa van minstens 40.000 zonnen moet verblijven in een ruimte die overeenkomt met de grootte van de baan van de aarde. Dat cijfer vertegenwoordigt echter slechts een ondergrens van de massa. Hoogstwaarschijnlijk denken de wetenschappers dat alle massa van het zwarte gat - gelijk aan vier miljoen zonnen - goed is geconcentreerd binnen het gebied dat wordt overspoeld door het radio-emitterende object.
Om hun meting te kunnen doen, moesten de astronomen tot het uiterste gaan om het verstrooiingseffect van de plasmamist tussen Boogschutter A * en de aarde te omzeilen. 'We moesten onze techniek heel hard pushen', zei Bower.
Bower vergeleek de taak met 'proberen je gele rubberen eendje door het matglas van de douchecabine te zien'. Door veel waarnemingen te doen, alleen gegevens van de hoogste kwaliteit te behouden en het verstrooiingseffect van het plasma wiskundig te verwijderen, slaagden de wetenschappers erin de allereerste meting van de grootte van Boogschutter A * te maken.
Naast Bower en Falcke bestaat het onderzoeksteam uit Robin Herrnstein van de Columbia University, Jun-Hui Zhao van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Miller Goss van de National Radio Astronomy Observatory en Donald Backer van de University of California-Berkeley. Falcke is ook adjunct-professor aan de Universiteit van Nijmegen en gastwetenschapper aan het Max-Planck Instituut voor Radioastronomie in Bonn, Duitsland.
Boogschutter A * werd in februari 1974 ontdekt door Bruce Balick, nu aan de Universiteit van Washington, en Robert Brown, nu directeur van het National Astronomy and Ionospheric Center aan de Cornell University. Het is overtuigend aangetoond dat het het centrum van de Melkweg is, waarrond de rest van de Melkweg draait. In 1999 gebruikten Mark Reid van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en zijn collega's VLBA-waarnemingen van Boogschutter A * om de beweging van de aarde in een baan rond het centrum van de Melkweg te detecteren en bepaalden dat ons zonnestelsel 226 miljoen jaar nodig heeft om één circuit rond het Heelal.
In maart 2004 kwamen 55 astronomen bijeen in de National Radio Astronomy Observatory-faciliteit in Green Bank, West Virginia, voor een wetenschappelijke conferentie die de ontdekking van Boogschutter A * bij Green Bank 30 jaar geleden vierde. Tijdens deze conferentie onthulden de wetenschappers een gedenkplaat op een van de ontdekkingstelescopen.
De Very Long Baseline Array, onderdeel van de National Radio Astronomy Observatory, is een continentaal breed radiotelescoopsysteem met 10, 240 ton schotelantennes variërend van Hawaï tot het Caribisch gebied. Het biedt het grootste oplossend vermogen, of het vermogen om fijne details te zien, van elke telescoop in de astronomie, op aarde of in de ruimte.
De National Radio Astronomy Observatory is een faciliteit van de National Science Foundation en wordt beheerd in samenwerking met Associated Universities, Inc.
Oorspronkelijke bron: NRAO-persbericht
