Door de krachtige ALMA voor het eerst in een reeks telescopen op te nemen, astronomen hebben ontdekt dat de emissie van het superzware zwarte gat Sagittarius A* in het centrum van de melkweg afkomstig is uit een kleiner gebied dan eerder werd gedacht. Dit kan erop wijzen dat een radiostraaljager van Sagittarius A* bijna direct op ons is gericht. De krant, onder leiding van de Nijmeegse Ph.D. student Sara Issaoun, is gepubliceerd in Het astrofysische tijdschrift .

Een mistige wolk van heet gas heeft astronomen verhinderd scherpe beelden te maken van het superzware zwarte gat Sagittarius A*, twijfel zaaien over de ware aard ervan. Astronomen hebben nu de krachtige ALMA-telescoop in het noorden van Chili opgenomen in een wereldwijd netwerk van radiotelescopen om door deze mist te turen. maar de bron blijft hen verrassen - het emissiegebied is zo klein dat de bron mogelijk rechtstreeks naar de aarde wijst.

Met behulp van de observatietechniek van zeer lange basislijninterferometrie (VLBI) op een frequentie van 86 GHz, die vele telescopen combineert tot een virtuele telescoop ter grootte van de aarde, het team is erin geslaagd de exacte eigenschappen van de lichtverstrooiing in kaart te brengen die ons zicht op Boogschutter A* blokkeert. Het wegnemen van de meeste verstrooiingseffecten heeft een eerste beeld opgeleverd van de omgeving van het zwarte gat.

Dankzij de hoge kwaliteit van het onverstrooide beeld kon het team theoretische modellen voor het gas rond Sagittarius A* inperken. Het grootste deel van de radio-emissie komt van slechts 300 miljoenste graad, en de bron heeft een symmetrische morfologie. "Dit kan erop wijzen dat de radio-emissie wordt geproduceerd in een schijf van invallend gas in plaats van door een radiostraal, " legt Issaoun uit, die verschillende computermodellen heeft getoetst aan de gegevens. "Echter, dat zou Sagittarius A* een uitzondering maken in vergelijking met andere radio-emitterende zwarte gaten. Het alternatief zou kunnen zijn dat de radiostraal bijna op ons wijst."

Issaouns supervisor Heino Falcke, hoogleraar radioastronomie aan de Radboud Universiteit, noemt dit zeer ongebruikelijk, maar hij sluit het ook niet meer uit. Vorig jaar, Falcke zou dit een gekunsteld model hebben gevonden, maar onlangs kwam het GRAVITY-team tot een vergelijkbare conclusie met behulp van ESO's Very Large Telescope Interferometer van optische telescopen en een onafhankelijke techniek. "Misschien is dit toch waar, " concludeert Falcke, "en we kijken naar dit beest vanuit een heel speciaal uitkijkpunt."

Superzware zwarte gaten komen veel voor in de centra van sterrenstelsels en kunnen de meest energetische verschijnselen in het bekende universum genereren. Er wordt geloofd dat, rond deze zwarte gaten, materie valt in een roterende schijf en een deel van deze materie wordt in tegengestelde richtingen uitgestoten langs twee smalle bundels, straaljagers genoemd, met snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen, die doorgaans veel radio-emissies produceert. Of de radio-emissie die we zien van Sagittarius A* afkomstig is van het invallende gas of de uitstromende jet, is een kwestie van intens debat.

Sagittarius A* is het dichtstbijzijnde superzware zwarte gat en weegt ongeveer 4 miljoen zonsmassa's. Zijn schijnbare grootte aan de hemel is minder dan 100 miljoenste van een graad, wat overeenkomt met de grootte van een tennisbal op de maan gezien vanaf de aarde. De techniek van VLBI is nodig om het te meten. De resolutie die met VLBI wordt bereikt, wordt verder verhoogd door de waarnemingsfrequentie. De hoogste frequentie tot nu toe om VLBI te gebruiken is 230 GHz. "De eerste waarnemingen van Sagittarius A* op 86 GHz dateren van 26 jaar geleden, met slechts een handvol telescopen. Door de jaren heen, de kwaliteit van de gegevens is gestaag verbeterd naarmate er meer telescopen bijkwamen, " zegt J. Anton Zensus, directeur van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie.

Het onderzoek van Issaoun en internationale collega's beschrijft de eerste waarnemingen op 86 GHz waaraan ook ALMA heeft deelgenomen, verreweg de meest gevoelige telescoop op deze frequentie. ALMA werd in april 2017 onderdeel van de Global Millimeter VLBI Array (GMVA). De deelname van ALMA, mogelijk gemaakt door de inspanningen van het ALMA Phasing Project, is bepalend geweest voor het succes van dit project.

"Boogschutter A* bevindt zich aan de zuidelijke hemel, daarom is de deelname van ALMA niet alleen belangrijk vanwege de gevoeligheid, maar ook vanwege de ligging op het zuidelijk halfrond, " zegt Ciriaco Goddi, van de Europese ALMA Regional Center node in Nederland (ALLEGRO, Sterrewacht Leiden). Naast ALMA, twaalf telescopen in Noord-Amerika en Europa namen ook deel aan het netwerk. De bereikte resolutie was twee keer zo hoog als in eerdere waarnemingen bij deze frequentie, en produceerde het eerste beeld van Sagittarius A* dat volledig vrij is van interstellaire verstrooiing, een effect veroorzaakt door dichtheidsonregelmatigheden in het geïoniseerde materiaal langs de zichtlijn tussen Boogschutter A* en de aarde.

Om de verstrooiing te verwijderen en het beeld te verkrijgen, het team gebruikte een techniek die is ontwikkeld door Michael Johnson van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). "Hoewel verstrooiing het beeld van Boogschutter A* vervaagt en vervormt, de ongelooflijke resolutie van deze waarnemingen stelde ons in staat om de exacte eigenschappen van de verstrooiing vast te stellen, "zegt Johnson." We zouden dan de meeste effecten van verstrooiing kunnen verwijderen en beginnen te zien hoe dingen er in de buurt van het zwarte gat uitzien. Het goede nieuws is dat deze waarnemingen aantonen dat verstrooiing niet zal voorkomen dat de Event Horizon Telescope een schaduw van een zwart gat op 230 GHz ziet, als er een te zien is."

Toekomstige studies op verschillende golflengten zullen aanvullende informatie en verdere observatiebeperkingen voor deze bron opleveren, die de sleutel vormt tot een beter begrip van zwarte gaten, de meest exotische objecten in het bekende universum.