in 2019, de Event Horizon Telescope Collaboration leverde het eerste beeld van een zwart gat, onthullende M87*, het superzware object in het centrum van het M87-sterrenstelsel. Het team heeft de lessen die vorig jaar zijn geleerd nu gebruikt om de archiefdatasets van 2009-2013 te analyseren, sommige zijn niet eerder gepubliceerd.

De analyse onthult het gedrag van het zwarte gatbeeld over meerdere jaren, wat wijst op persistentie van de halvemaanachtige schaduwfunctie, maar ook variatie van zijn oriëntatie - de halve maan lijkt te wiebelen. De volledige uitslag verscheen vandaag in The Astrofysisch tijdschrift .

De Event Horizon Telescope is niet één enkele telescoop, maar een wereldwijd samenwerkingsverband van telescopen - waaronder de door UChicago geleide South Pole Telescope - die gesynchroniseerde waarnemingen uitvoert met behulp van de techniek van Very Long Baseline Interferometry. Samen vormen ze een virtuele radioschotel ter grootte van de aarde, voor een uniek hoge beeldresolutie.

"De Event Horizon Telescope geeft ons een nieuw hulpmiddel om zwarte gaten en zwaartekracht te bestuderen op manieren die voorheen nooit mogelijk waren, " zei Bradford Benson, een universitair hoofddocent astronomie en astrofysica aan de UChicago. "Als leden van de South Pole Telescope (SPT)-samenwerking en het EHT-netwerk, we kijken ernaar uit om bij te dragen aan toekomstige studies, met name over Sgr A*, het zwarte gat in het centrum van de Melkweg, waardoor we een uniek zicht hebben op de locatie van SPT op de geografische zuidpool."

"Met de ongelooflijke hoekresolutie van de Event Horizon Telescope, we konden een biljartspel op de maan observeren en de score niet uit het oog verliezen!" zei Maciek Wielgus, een astronoom bij Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian, Black Hole-initiatiefgenoot, en hoofdauteur van het nieuwe artikel.

"Vorig jaar zagen we een afbeelding van de schaduw van een zwart gat, bestaande uit een heldere halve maan gevormd door heet plasma dat rond M87* wervelt, en een donker middengedeelte, waar we de waarnemingshorizon van het zwarte gat verwachten, " zei Wielgus. "Maar die resultaten waren alleen gebaseerd op observaties die in april 2017 gedurende een periode van een week werden uitgevoerd, dat is veel te kort om veel veranderingen te zien."

Maar van 2009 tot 2013 onderzoekers hadden gegevens van M87* verzameld met vroege prototype-arrays voordat de volledige reeks telescopen erbij kwam. Ze konden op die gegevens tikken om erachter te komen of de grootte en oriëntatie van de halve maan waren veranderd.

De waarnemingen van 2009-2013 bevatten veel minder gegevens dan die in 2017, waardoor het onmogelijk is om een ​​afbeelding te maken. In plaats daarvan, het EHT-team gebruikte statistische modellen om te kijken naar veranderingen in het uiterlijk van M87* in de loop van de tijd.

Uitbreiding van de analyse naar de waarnemingen van 2009-2017, wetenschappers hebben aangetoond dat M87* voldoet aan de theoretische verwachtingen. De schaduwdiameter van het zwarte gat is consistent gebleven met de voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie voor een zwart gat van 6,5 miljard zonsmassa's.

Maar terwijl de sikkeldiameter consistent bleef, het EHT-team ontdekte dat de gegevens een verrassing verbergen:de ring wiebelt, en dat betekent groot nieuws voor wetenschappers. Voor het eerst kunnen ze een glimp opvangen van de dynamische structuur van de accretiestroom zo dicht bij de waarnemingshorizon van het zwarte gat, in extreme zwaartekrachtomstandigheden. Het bestuderen van deze regio is de sleutel tot het begrijpen van fenomenen zoals relativistische straallancering, en zal wetenschappers in staat stellen nieuwe tests van de algemene relativiteitstheorie te formuleren.

Het gas dat op een zwart gat valt, warmt op tot miljarden graden, ioniseert en wordt turbulent in de aanwezigheid van magnetische velden. "Omdat de stroom van materie turbulent is, de halve maan lijkt te wiebelen met de tijd, "zei Wielgus. "Eigenlijk, we zien daar best veel variatie, en niet alle theoretische modellen van accretie laten zoveel wiebelen toe. Wat het betekent is dat we sommige modellen kunnen gaan uitsluiten op basis van de waargenomen brondynamiek."

"Deze vroege EHT-experimenten bieden ons een schat aan langetermijnwaarnemingen die de huidige EHT, zelfs met zijn opmerkelijke beeldvormingscapaciteit, kan niet overeenkomen, zei Shep Doeleman, de oprichter en directeur van EHT. "Toen we in 2009 voor het eerst de grootte van M87 maten, we hadden niet kunnen voorzien dat het ons de eerste glimp van de dynamiek van zwarte gaten zou geven. Als je een zwart gat over een decennium wilt zien evolueren, er is geen vervanging voor het hebben van een decennium aan gegevens."

EHT-projectwetenschapper Geoffrey Bower voegde toe:"Monitoring van M87* met een uitgebreide EHT-array zal nieuwe beelden en veel rijkere datasets opleveren om de turbulente dynamiek te bestuderen. We zijn al bezig met het analyseren van de gegevens van de waarnemingen van 2018, verkregen met een extra telescoop in Groenland. In 2021 plannen we waarnemingen met nog twee locaties, uitzonderlijke beeldkwaliteit bieden. Dit is echt een spannende tijd om zwarte gaten te bestuderen!"