Vorige april, de Event Horizon Telescope (EHT) wekte internationale opwinding toen het de eerste afbeelding van een zwart gat onthulde. Vandaag, een team van onderzoekers heeft nieuwe berekeningen gepubliceerd die een opvallende en ingewikkelde onderbouw voorspellen in zwart-gatbeelden door extreme zwaartekrachtbuiging van licht.

"Het beeld van een zwart gat bevat eigenlijk een geneste reeks ringen, " legt Michael Johnson van het Center for Astrophysics uit, Harvard en Smithsonian (CfA). "Elke opeenvolgende ring heeft ongeveer dezelfde diameter, maar wordt steeds scherper omdat het licht vaker om het zwarte gat cirkelde voordat het de waarnemer bereikte. Met het huidige EHT-beeld, we hebben slechts een glimp opgevangen van de volledige complexiteit die zou moeten ontstaan ​​in het beeld van een zwart gat."

Omdat zwarte gaten alle fotonen vangen die hun waarnemingshorizon passeren, ze werpen een schaduw op hun heldere omringende emissie van heet invallend gas. Een "fotonenring" omringt deze schaduw, geproduceerd uit licht dat wordt geconcentreerd door de sterke zwaartekracht nabij het zwarte gat. Deze fotonring draagt ​​de vingerafdruk van het zwarte gat - de grootte en vorm coderen de massa en rotatie of "spin" van het zwarte gat. Met de EHT-beelden, onderzoekers van zwarte gaten hebben een nieuwe tool om deze buitengewone objecten te bestuderen.

"Dit is een extreem opwindende tijd om na te denken over de fysica van zwarte gaten, ", zegt Daniel Kapec van het Institute for Advanced Study. "Einsteins algemene relativiteitstheorie doet een aantal opvallende voorspellingen voor de soorten waarnemingen die eindelijk binnen bereik komen, en ik denk dat we de komende jaren veel vooruitgang kunnen verwachten. Als theoreticus, Ik vind de snelle convergentie tussen theorie en experiment bijzonder lonend, en ik hoop dat we kunnen doorgaan met het isoleren en observeren van meer universele voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie naarmate deze experimenten gevoeliger worden."

Het onderzoeksteam omvatte observationele astronomen, theoretische fysici, en astrofysici.

"Door experts uit verschillende vakgebieden samen te brengen, konden we een theoretisch begrip van de fotonenring echt verbinden met wat mogelijk is met observatie, " merkt George Wong op, een afgestudeerde natuurkundestudent aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. Wong ontwikkelde software om gesimuleerde zwart-gatbeelden te maken met hogere resoluties dan eerder was berekend en om deze te ontleden in de voorspelde reeks subbeelden. "Wat begon als klassieke potlood-en-papierberekeningen, heeft ons ertoe aangezet onze simulaties naar nieuwe limieten te duwen."

De onderzoekers ontdekten ook dat de beeldonderbouw van het zwarte gat nieuwe mogelijkheden creëert om zwarte gaten waar te nemen. "Wat ons echt verbaasde, was dat hoewel de geneste subringen bijna niet waarneembaar zijn voor het blote oog op afbeeldingen - zelfs perfecte afbeeldingen - het sterke en duidelijke signalen zijn voor arrays van telescopen die interferometers worden genoemd, ", zegt Johnson. "Hoewel het maken van zwart-gatbeelden normaal gesproken veel gedistribueerde telescopen vereist, de subringen zijn perfect om te bestuderen met slechts twee telescopen die erg ver uit elkaar staan. Het toevoegen van één ruimtetelescoop aan de EHT zou voldoende zijn."

"De fysica van zwarte gaten is altijd een prachtig onderwerp geweest met diepgaande theoretische implicaties, maar nu is het ook een experimentele wetenschap geworden, " zegt Alex Lupsasca van de Harvard Society of Fellows. "Als theoreticus, Ik ben verheugd om eindelijk echte gegevens te verzamelen over deze objecten waar we al zo lang abstract over nadenken."

De resultaten zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .