In het centrum van onze melkweg ligt een wervelende, energiespuwend superzwaar zwart gat genaamd Sagittarius A* of Sgr A*, in het kort. Al miljarden jaren, omringend gas en stof zijn erin gevallen. Elke 10, 000 jaar of zo, het slikt een nabije ster in.

Sgr A* (spreek uit als Saj-A-star) is het grootste zwarte gat aan onze nachtelijke hemel, maar we weten niet hoe het er van dichtbij uitziet omdat we er nooit een foto van hebben kunnen maken.

Dit geldt eigenlijk voor alle zwarte gaten.

Ze zijn alomtegenwoordig in ons universum, maar ze zijn zo klein in de lucht, we hebben geen gedetailleerd beeld van een van hen.

De foto's die je op internet of in tv-documentaires ziet, zijn illustraties of simulaties die zijn gebaseerd op indirect bewijs - waarnemingen van het gebied van de ruimte rond het zwarte gat. Wetenschappers twijfelen er niet aan dat zwarte gaten bestaan, maar zonder beeld, ze kunnen het niet met zekerheid bewijzen.

Dit gaat allemaal veranderen.

De laatste vier jaar, hoogleraar astrofysica John Wardle heeft met een team van ongeveer 200 wetenschappers en ingenieurs gewerkt aan het maken van een afbeelding van Sgr A* die onze allereerste foto van een zwart gat zou zijn. Het initiatief, genaamd de Event Horizon Telescope (EHT), klaar met het verzamelen van gegevens in april 2017. Onderzoekers zijn deze momenteel aan het analyseren.

Afhankelijk van de resultaten, het beeld dat ze van Sgr A* produceren, kan er als volgt uitzien:

Dit lijkt misschien niet veel, maar het genereren van deze ruwe foto van Sgr A* is het equivalent van het lezen van een krantenkop op de maan terwijl je op aarde staat.

In feite, het is goed genoeg om enkele van onze grootste onbeantwoorde vragen te beantwoorden over een van de meest mysterieuze fenomenen van het universum:hoe zien licht en materie eruit als ze naar een zwart gat vallen? Waar zijn de energiestromen van gemaakt die uit zwarte gaten schieten? Welke rol speelden zwarte gaten bij de vorming van sterrenstelsels?

Hoewel het onwaarschijnlijk is, resultaten van de EHT zouden zelfs aanpassingen aan Einsteins algemene relativiteitstheorie kunnen vereisen.

Maar voordat we weten of een van de grootste wetenschappers die ooit heeft geleefd het niet helemaal goed heeft begrepen, we moeten bij de basis beginnen.

De feiten

Zwarte gaten ontstaan ​​meestal wanneer een zeer massieve ster door zijn nucleaire brandstof brandt en catastrofaal instort tot een ongelooflijk dicht punt, of singulariteit.

wanneer gas, sterren en andere materie komen dicht genoeg bij het zwarte gat, ze worden naar de waarnemingshorizon van het zwarte gat getrokken, een denkbeeldige schil rond de singulariteit. Niets dat de drempel van de waarnemingshorizon passeert, kan ontsnappen aan de zwaartekracht van het zwarte gat. En als de materie erin valt, het zwarte gat wordt massiever en de waarnemingshorizon wordt groter.

Het blijkt dat zwarte gaten overal zijn. Superzware exemplaren bevinden zich in het centrum van de meeste sterrenstelsels. Minder massieve zwarte gaten komen veel vaker voor. onze melkweg, De melkweg, heeft waarschijnlijk ongeveer 100 miljoen zwarte gaten, hoewel we er slechts enkele tientallen hebben geïdentificeerd.

Wat betreft Sgr A*, het is ongeveer 26, 000 lichtjaar verwijderd van de aarde met een massa van vier miljoen keer die van de zon. Dat maakt het "wimpy" vergeleken met andere superzware zwarte gaten, zegt Wardle. Het andere superzware zwarte gat dat de EHT bestudeert, Messier 87 (M87) in het midden van de Maagd-cluster, heeft een massa van bijna zeven miljard keer die van de zon.

De EHT koos Sgr A* en M87 omdat ze vanaf de aarde de grootste superzware zwarte gaten zijn. Het zijn de gemakkelijkste en meest toegankelijke kandidaten om te studeren.

Maar hoe kunnen we een foto maken van een zwart gat als het zwart is?

Goed punt. In feite, zwarte gaten zijn zo zwart als de zwartheid van de ruimte. Elk licht dat binnenkomt, ontsnapt nooit.

Maar rond een zwart gat, er is licht van een lichtgevende werveling van oververhitte materie die nog in het zwarte gat moet vallen. Wanneer het licht de waarnemingshorizon nadert, het buigt en wordt vervormd door de aantrekkingskracht van de sterke zwaartekracht van het zwarte gat.

Deze lensing van het licht schetst een donker gebied dat de schaduw van het zwarte gat wordt genoemd. De grootte van de schaduw zal naar verwachting twee en een half keer zo groot zijn als de waarnemingshorizon. De grootte van de waarnemingshorizon is evenredig met de massa van het zwarte gat. Voor Sgr A* komt dat neer op ongeveer 25 miljoen mijl in diameter. En de diameter van M87, het andere zwarte gat dat de EHT bestudeert, is duizend keer groter dan dat.

Je krijgt het beeld:door de schaduw van het zwarte gat te bestuderen, de EHT-onderzoekers kunnen heel veel achterhalen over het zwarte gat.

Dus technisch gesproken, De wetenschappers van de EHT zullen geen afbeelding van een zwart gat maken. Ze zullen informatie over de schaduw gebruiken om informatie over het zwarte gat af te leiden.

Maar aangezien het afbeelden van een zwart gat geen optie is (althans niet op dit moment), wetenschappers beschouwen een afbeelding van de schaduw als overtuigend bewijs van het bestaan ​​van een zwart gat.

Voer John Wardle in.

Toen Wardle eind jaren zestig in de astrofysica begon met het analyseren van radiogolven die door sterrenstelsels worden uitgezonden, "Zwarte gaten waren slechts een curiositeit die al dan niet bestond, "zei hij. "Ze waren een enigszins berucht veld voor een astronoom om in te zijn."

Maar een paar jaar later het veld explodeerde, en aangezien zwarte gaten energetische jets aandrijven die radiogolven uitzenden, hij trok van nature in hun richting (geen woordspeling bedoeld).

Als onderdeel van de Brandeis Radio Astronomy Group, Wardle bestudeert "actieve sterrenstelsels, " een relatief zeldzaam type superlichtstelsel met superzware zwarte gaten in hun centrum.

Het netwerk

Sgr A* is zo klein aan de hemel dat we geen enkele telescoop op aarde hebben die het in voldoende detail kan zien om een ​​foto met hoge resolutie te maken.

De EHT-wetenschappers hebben dit overwonnen door zeven telescopen over de hele wereld te netwerken met behulp van een techniek die zeer lange basislijninterferometrie (VLBI) wordt genoemd. Het resultaat was een "virtuele telescoop" met het oplossend vermogen van een telescoop ter grootte van de diameter van de aarde.

Voor een week in april 2017, alle zeven EHT-telescopen registreerden signalen van Sgr A*. Zeven atoomklokken registreerden het tijdstip van aankomst van de signalen bij elke telescoop.

Door de aard van de signalen en wanneer ze bij elke telescoop aankomen, kunnen wetenschappers achteruit werken om een ​​afbeelding van Sgr A* te construeren. Dit zal even duren om te voltooien. De EHT-telescopen hebben genoeg gegevens verzameld om 10, 000 laptops.

Grote jets

Wardle is vooral geïnteresseerd om meer te weten te komen over de enorme energiestralen die uit zwarte gaten stromen.

De jets ontstaan ​​wanneer materie buiten een zwart gat tot miljarden graden wordt verwarmd. Het wervelt rond in wat de accretieschijf wordt genoemd. Een deel ervan passeert het point of no return, de gebeurtenishorizon, en gaat het zwarte gat in.

Maar zwarte gaten zijn rommelige eters. Een deel van de materie wordt uitgespuugd in de vorm van strak gerichte (gecollimeerde) jets. De jets reizen tienduizenden lichtjaren lang met de snelheid van het licht.

Het kan zijn dat er geen jets van Sgr *A komen. Het is de afgelopen decennia niet erg actief geweest.

Maar als de jets bestaan, de telescopen van de EHT zullen hun radiosignalen hebben opgevangen. Dan kan de EHT-bemanning de informatie gebruiken om te proberen te beantwoorden wat volgens Wardle de grote onbeantwoorde vragen over de jets zijn:

Waar zijn ze van gemaakt, elektronen en positronen, elektronen en protonen, of elektromagnetische velden?

• Hoe beginnen ze?
• Hoe versnellen ze tot bijna de lichtsnelheid?
• Hoe blijven ze scherp gefocust?

En nu, Tenslotte, we komen bij Einstein

Tot voor kort, bewijs dat de algemene relativiteitstheorie (GR) ondersteunt, is afkomstig van observaties van ons zonnestelsel. Maar de omstandigheden in ons kleine stipje van het universum zijn vrij mild. De extreme omstandigheden die in de buurt van een zwart gat worden gevonden, zullen GR tot de ultieme test stellen.

GR zou nauwkeurig moeten beschrijven hoe licht buigt terwijl de enorme zwaartekracht van het zwarte gat de ruimtetijd kromt en alles ernaartoe trekt. De door EHT verzamelde gegevens zullen metingen van dit fenomeen opleveren die kunnen worden vergeleken met de voorspellingen van Einstein.

De formules van GR suggereren ook dat de schaduw die wordt geworpen door de accretieschijf rond Sgr A* bijna cirkelvormig zal zijn. Als het de vorm van een ei blijkt te hebben, het zal ons ook vertellen dat er iets mis is met GR.

Wardle denkt dat GR stand zal houden onder testen. Nog altijd, er is altijd de kans dat GR "moet worden aangepast, "zei hij. "Dan zitten we in een streng keurslijf omdat je geen veranderingen kunt aanbrengen die alle andere dingen die wel werken in de war brengen. Dat zou heel spannend zijn."