Sinds de eerste vermelding door Jon Michell in een brief aan de Royal Society in 1783, zwarte gaten spreken tot de verbeelding van wetenschappers, schrijvers, filmmakers en andere kunstenaars. Misschien is een deel van de allure dat deze raadselachtige objecten nooit echt "gezien" zijn. Maar daar zou nu verandering in kunnen komen nu een internationaal team van astronomen een aantal telescopen op aarde met elkaar verbindt in de hoop de allereerste afbeelding van een zwart gat te maken.

Zwarte gaten zijn gebieden in de ruimte waarbinnen de zwaartekracht zo sterk is dat niets – zelfs geen licht – kan ontsnappen. Hun bestaan ​​werd wiskundig voorspeld door Karl Schwarzchild in 1915, als een oplossing voor vergelijkingen in de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein.

Astronomen hebben al tientallen jaren indirect bewijs dat superzware zwarte gaten - een miljoen tot een miljard keer massiever dan onze zon - in het hart van massieve sterrenstelsels liggen. Dat komt omdat ze de aantrekkingskracht kunnen zien die ze hebben op sterren die rond het galactische centrum draaien. Wanneer overvoerd met materiaal uit de omringende galactische omgeving, ze stoten ook detecteerbare pluimen of stralen plasma uit met snelheden die dicht bij die van licht liggen. Vorig jaar, het LIGO-experiment leverde nog meer bewijs door de beroemde rimpelingen in de ruimte-tijd te detecteren die werden veroorzaakt door twee middelgrote zwarte gaten die miljoenen jaren geleden samensmolten.

Maar terwijl we nu weten dat zwarte gaten bestaan, vragen over hun herkomst, evolutie en invloed in het universum blijven in de voorhoede van de moderne astronomie.

Een klein plekje aan de hemel vangen

Op 5-14 april 2017, het team achter de Event Horizon Telescope hoopt de fundamentele theorieën van de fysica van zwarte gaten te testen door te proberen de allereerste foto te maken van de waarnemingshorizon van een zwart gat (het punt waarop de theorie voorspelt dat niets kan ontsnappen). Door een wereldwijde reeks radiotelescopen met elkaar te verbinden om het equivalent te vormen van een gigantische telescoop ter grootte van de aarde - met behulp van een techniek die bekend staat als Very Long Baseline Interferometry en Earth-aperture-synthese - zullen wetenschappers in het hart van ons Melkwegstelsel kijken, waar een zwarte gat dat 4m keer massiever is dan onze zon – Boogschutter A* – op de loer ligt.

Astronomen weten dat er een schijf van stof en gas rond het zwarte gat cirkelt. Het pad dat het licht van dit materiaal aflegt, wordt vervormd in het zwaartekrachtveld van het zwarte gat. De helderheid en kleur zullen naar verwachting ook op voorspelbare manieren worden gewijzigd. De veelbetekenende astronomen hopen met de Event Horizon Telescope een heldere halvemaanvorm te zien in plaats van een schijf. En ze kunnen zelfs de schaduw van de waarnemingshorizon van het zwarte gat zien tegen de achtergrond van dit helder schijnende wervelende materiaal.

De array verbindt negen stations over de hele wereld - enkele individuele telescopen, andere verzamelingen telescopen – op Antarctica, Chili, Hawaii, Spanje, Mexico en Arizona. De "virtuele telescoop" is al vele jaren in ontwikkeling en de technologie is getest. Echter, deze tests onthulden aanvankelijk een beperkte gevoeligheid en een hoekresolutie die onvoldoende waren om de schalen te onderzoeken die nodig waren om het zwarte gat te bereiken. Maar de toevoeging van gevoelige nieuwe arrays van telescopen - waaronder de Atacama Large Millimeter Array in Chili en de South Pole Telescope - zal het netwerk een broodnodige boost in vermogen geven. Het is net alsof je een bril opzet en plotseling beide koplampen van een tegenligger kunt zien in plaats van een enkele waas van licht.

Het zwarte gat is een compacte bron aan de hemel - zijn zicht op optische golflengten (licht dat we kunnen zien) wordt volledig geblokkeerd door grote hoeveelheden stof en gas. Echter, telescopen met voldoende resolutie en werkend bij langere, radio millimetergolflengten kunnen door deze kosmische mist heen kijken.

De resolutie van elke soort telescoop - het fijnste detail dat kan worden onderscheiden en gemeten - wordt meestal aangegeven als een kleine hoek die overeenkomt met de verhouding tussen de grootte van een object en zijn afstand. De hoekgrootte van de maan gezien vanaf de aarde is ongeveer een halve graad, of 1800 boogseconden. Voor elke telescoop hoe groter de opening, hoe kleiner het detail dat kan worden opgelost.

De resolutie van een enkele radiotelescoop (meestal met een opening van 100 meter) is ongeveer 60 boogseconden. Dit is vergelijkbaar met de resolutie van het blote menselijk oog en ongeveer een zestigste van de schijnbare diameter van de volle maan. Maar door veel telescopen aan te sluiten, de Event Horizon Telescope zal op het punt staan ​​een resolutie van 15-20 microboogseconden (0, 000015 boogseconden), wat overeenkomt met het kunnen bespioneren van een druif op de afstand van de maan.

Wat staat er op het spel?

Hoewel de praktijk om veel telescopen op deze manier met elkaar te verbinden algemeen bekend is, bijzondere uitdagingen liggen in het verschiet voor de Event Horizon Telescope. De gegevens die op elk station in het netwerk worden geregistreerd, worden verzonden naar een centrale verwerkingsfaciliteit waar een supercomputer alle gegevens zorgvuldig combineert. ander weer, atmosferische en telescoopomstandigheden op elke locatie vereisen een nauwgezette kalibratie van de gegevens, zodat wetenschappers er zeker van kunnen zijn dat alle kenmerken die ze in de uiteindelijke afbeeldingen vinden, geen artefacten zijn.

Als het werkt, het in beeld brengen van het materiaal binnen het zwarte gatgebied met hoekresoluties die vergelijkbaar zijn met die van de waarnemingshorizon, zal een nieuw tijdperk van zwarte gatstudies openen en een aantal grote vragen oplossen:bestaan ​​​​event horizonten eigenlijk? Werkt de theorie van Einstein in dit gebied met extreem sterke zwaartekracht of hebben we een nieuwe theorie nodig om de zwaartekracht zo dicht bij een zwart gat te beschrijven? Ook, hoe worden zwarte gaten gevoed en hoe wordt materiaal uitgestoten?

Het is misschien zelfs mogelijk om de zwarte gaten in het centrum van nabije sterrenstelsels af te beelden, zoals het gigantische elliptische sterrenstelsel dat in het hart van onze lokale cluster van sterrenstelsels ligt.

uiteindelijk, de combinatie van wiskundige theorie en diep fysiek inzicht, wereldwijde internationale wetenschappelijke samenwerkingen en opmerkelijke, doortastende langetermijnvooruitgang in geavanceerde experimentele fysica en engineering lijkt het onthullen van de aard van ruimtetijd een bepalend kenmerk van de vroege 21e-eeuwse wetenschap te maken.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.