science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Astronomen hopen direct een beeld van een zwart gat te kunnen vastleggen

Zwaartekrachtmonster:deze artistieke impressie toont de waarnemingshorizon rond het zwarte gat in het centrum van onze melkweg. Krediet:M. Moscibrodzka, T. Bronzwaar en H. Falcke, Radboud Universiteit

Astronomen willen voor het eerst een afbeelding maken van het hart van onze melkweg:een wereldwijde samenwerking van radioschotels is om het zwarte gat dat zich daar zou bevinden in detail te bekijken. Deze Event Horizon Telescope verbindt observatoria over de hele wereld tot een enorme telescoop, van Europa via Chili en Hawaï tot aan de Zuidpool. IRAM's 30 meter telescoop, een installatie medegefinancierd door de Max Planck Society, is het enige station in Europa dat deelneemt aan de observatiecampagne. Het Max Planck Instituut voor Radioastronomie is ook betrokken bij de metingen, die in eerste instantie van 4 tot 14 april zullen lopen.

Aan het einde van de 18e eeuw, de natuuronderzoekers John Mitchell en Pierre Simon de Laplace speculeerden al over 'donkere sterren' waarvan de zwaartekracht zo sterk is dat er geen licht aan kan ontsnappen. De ideeën van de twee onderzoekers lagen nog binnen de grenzen van de Newtoniaanse gravitatietheorie en de corpusculaire lichttheorie. Aan het begin van de 20e eeuw, Albert Einstein zorgde voor een revolutie in ons begrip van zwaartekracht - en dus van materie, ruimte en tijd - met zijn algemene relativiteitstheorie. En Einstein beschreef ook het concept van zwarte gaten.

Deze objecten hebben zo'n grote, extreem compacte massa waar zelfs licht niet uit kan ontsnappen. Ze blijven daarom zwart - en het is onmogelijk om ze direct waar te nemen. Onderzoekers hebben het bestaan ​​van deze zwaartekrachtvallen niettemin indirect bewezen:door zwaartekrachtsgolven van botsende zwarte gaten te meten of door de sterke zwaartekracht te detecteren die ze uitoefenen op hun kosmische omgeving, bijvoorbeeld. Deze kracht is de reden waarom sterren die met grote snelheid rond een onzichtbaar zwaartekrachtcentrum draaien, zoals gebeurt in het hart van onze melkweg, bijvoorbeeld.

Het is ook mogelijk om een ​​zwart gat direct waar te nemen, echter. Wetenschappers noemen de grens rond dit exotische object, waarachter licht en materie onontkoombaar worden opgezogen, de gebeurtenishorizon. Op het moment dat de zaak deze grens overschrijdt, de theorie stelt dat het intense straling uitzendt, een soort "doodskreet" en daarmee een laatste vermelding van zijn bestaan. Deze straling kan worden geregistreerd als radiogolven in het millimeterbereik, onder andere. Bijgevolg, het moet mogelijk zijn om de waarnemingshorizon van een zwart gat in beeld te brengen.

De Event Horizon Telescope (EHT) wil precies dit doen. Een hoofddoel van het project is het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg, dat is rond de 26, 000 lichtjaar verwijderd van de aarde en heeft een massa die ongeveer gelijk is aan 4,5 miljoen zonsmassa's. Omdat het zo ver weg is, het object verschijnt onder een extreem kleine hoek.

Luisterpost de ruimte in:IRAM's 30-meter schotel is een van de meest gevoelige radiotelescopen in de wereldwijde samenwerking die bekend staat als de Event Horizon Telescope. Krediet:IRAM / Nicolas Billot

Een oplossing voor dit probleem wordt geboden door interferometrie. Het principe achter deze techniek is als volgt:in plaats van één grote telescoop te gebruiken, verschillende observatoria worden samengevoegd alsof het kleine onderdelen zijn van een enkele gigantische antenne. Zo kunnen wetenschappers een telescoop simuleren die overeenkomt met de omtrek van onze aarde. Ze willen dit doen omdat hoe groter de telescoop, hoe fijner de details die kunnen worden waargenomen; de zogenaamde hoekresolutie neemt toe.

Het EHT-project maakt gebruik van deze waarnemingstechniek en zal in april waarnemingen doen met een frequentie van 230 gigahertz, overeenkomend met een golflengte van 1,3 millimeter, in de interferometriemodus. De maximale hoekresolutie van deze wereldwijde radiotelescoop is ongeveer 26 microboogseconden. Dit komt overeen met de grootte van een golfbal op de maan of de breedte van een mensenhaar gezien vanaf een afstand van 500 kilometer!

Deze metingen op de grens van het waarneembare zijn alleen mogelijk onder optimale omstandigheden, d.w.z. bij droog, Grote hoogtes. Deze worden aangeboden door het IRAM-observatorium, gedeeltelijk gefinancierd door de Max Planck Society, met zijn 30 meter lange antenne op Pico Veleta, een 2800 meter hoge piek in de Sierra Nevada in Spanje. De gevoeligheid wordt alleen overtroffen door de Atacama Large Millimeter Array (ALMA), die uit 64 afzonderlijke telescopen bestaat en de ruimte in kijkt vanaf het Chajnantor-plateau op een hoogte van 5000 meter in de Chileense Andes. Het plateau is ook de thuisbasis van de antenne die bekend staat als APEX, dat eveneens deel uitmaakt van het EHT-project en wordt beheerd door het Max Planck Instituut voor Radioastronomie.

Verder is het Max Planck Instituut in Bonn betrokken bij de gegevensverwerking voor de Event Horizon Telescope. De onderzoekers gebruiken hiervoor twee supercomputers (correlatoren); een bevindt zich in Bonn, de andere in het Haystack Observatory in Massachusetts in de VS. Het is de bedoeling dat de computers niet alleen gegevens van het galactische zwarte gat evalueren. Tijdens de observatiecampagne van 4 tot 14 april, de astronomen willen nog minstens vijf andere objecten van dichtbij bekijken:de M 87, Centaurus A- en NGC 1052-sterrenstelsels, evenals de quasars die bekend staan ​​als OJ 287 en 3C279.

Vanaf 2018, een ander observatorium zal zich bij het EHT-project voegen:NOEMA, het tweede IRAM-observatorium op het Plateau de Bure in de Franse Alpen. Met zijn tien hooggevoelige antennes, NOEMA wordt de krachtigste telescoop van het samenwerkingsverband op het noordelijk halfrond.