Net als veel andere harten is het hart van de Melkweg een mysterie. In de kern van ons sterrenstelsel bevindt zich een superzwaar zwart gat, met het gewicht van vier miljoen zonnen. Deze bodemloze put van ruimtetijd wordt omringd door een schijf van gloeiende, kolkende materie en is onzichtbaar door het gas, stof en de sterren die eromheen draaien.
Wetenschappers zijn er met behulp van het wereldwijde netwerk van telescopen dat ook wel de Event Horizon Telescope (EHT) wordt genoemd toch in geslaagd om in het hart van ons sterrenstelsel te kijken. Onlangs brachten ze de eerste foto ooit naar buiten van het silhouet van dit zwarte gat. De beelden, die in 2017 werden genomen, staan beschreven in een serie wetenschappelijke artikelen die werden gepubliceerd in de nieuwste editie van de Astrophysical Journal Letters.
Lees ook: Astronomen zien grootste en vreemdste fusie van zwarte gaten ooit | National Geographic
“De Event Horizon Telescope is verheugd om u de eerste rechtstreekse opname te kunnen presenteren van de vriendelijke reus in het centrum van ons sterrenstelsel: Sagittarius A*,” zei Feryal Özel van de University of Arizona tijdens een persbijeenkomst naar aanleiding van de bekendmaking. “Ik maakte er twintig jaar geleden voor het eerst kennis mee, en sinds die tijd ben ik er gefascineerd door en heb ik er geprobeerd er zoveel mogelijk over te weten te komen. Maar tot dit moment was er geen rechtstreeks beeld voorhanden dat kon bevestigen dat Sagittarius A* ook echt een zwart gat is.”
Op de foto is een iets afgeplatte ring van oplichtend materiaal te zien rond een donkere kern – de schaduw van het zwarte gat dat bekendstaat als Sagittarius A* (spreek uit ‘Sagittarius A-ster’). Het beeld loopt helemaal tot aan de waarnemingshorizon van het zwarte gat, het point of no return waarachter sterren, planeten, stof en zelfs het licht zelf voor eeuwig verdwijnen.
“Licht dat te dicht in de buurt van het zwarte gat komt, wordt erdoor opgeslokt. Het verdwijnt voorbij de waarnemingshorizon en laat slechts een zwarte leegte in het midden achter,” vertelde Özel.
Lees ook: Astronomen nemen zwart gat onder de loep | National Geographic
Voor de nieuwste opname van de Event Horizon Telescope werkten wereldwijd meer dan tweehonderd wetenschappers samen. Het samenwerkingsverband bracht in 2019 ook al een soortgelijke foto naar buiten van een immens zwart gat midden in M87, een sterrenstelsel op zo'n vijftig miljoen lichtjaar afstand. Het was de eerste foto van een directe waarneming van de schaduw van een zwart gat. De beide foto’s ontstonden door data van acht observatoria over de hele wereld te combineren, waardoor de aarde in feite één grote telescoop werd.
Lees ook: Wonen wij in een zwart gat? | National Geographic
Na de bekendmaking duurde het slechts enkele minuten voordat er uit de hele wereld enthousiaste reacties verschenen op de mijlpaal van onderzoekers van zwarte gaten. “Prachtige opname van de ring rond het zwarte gat!!!!! schreef astronoom Andrea Ghez van de University of California, die in 2020 de Nobelprijs voor Natuurkunde won voor haar onderzoek naar Sagittarius A* in een e-mail aan National Geographic. “Bravo voor het EHT-team.”
Aan de hand van deze tweede foto van een zwart gat kunnen wetenschappers onderzoek blijven doen naar de vraag of de hedendaagse natuurkunde (en dan met name Einsteins algemene relativiteitstheorie) ook opgaat in de extreme omgeving rond een superzwaar zwart gat. Bovendien kunnen onderzoekers, door deze nieuwe observatie te vergelijken met die van M87, meer te weten komen over de verschillen tussen zwarte gaten met verschillende massa’s.
“Tijdens mijn promotieonderzoek heb ik heel veel nagedacht over dit zwarte gat,” vertelt Sera Markoff van de Universiteit van Amsterdam. “Je werkt aan iets heel abstracts en plotseling is het daar gewoon. Je ziet het zwarte gat met je eigen ogen.”
Een aarde omspannende telescoop
In april 2017 richtten wetenschappers radiotelescopen van acht observatoria op het centrum van ons sterrenstelsel. De telescopen, die zich onder meer in Hawaï, Spanje en op de Zuidpool bevonden, deden allemaal waarnemingen van Sagittarius A* op het moment dat deze in beeld kwam door de draaiing van de aarde. Toen deze observaties eenmaal allemaal binnen waren, combineerde het team alle data met behulp van een techniek die ook wel Very long baseling interferometry wordt genoemd om het beeld te kunnen genereren.
Het maken van de opname van Sagittarius A* was lastiger dan het maken van de foto van het superzware zwarte gat in M87, die tijdens hetzelfde project werd geobserveerd. Sagittarius A* bevindt zich op zo'n 26.000 lichtjaar en is dan misschien het meest massieve object in ons sterrenstelsel, maar het is nogal klein voor een superzwaar zwart gat; het is zo'n 1/1500 van de massa van het zwarte gat in het centrum van M87.
Als het zwarte gat met het gewicht van 6,5 miljard zonnen in het centrum van M87 in ons zonnestelsel zou belanden, zou het zo'n 130 keer de afstand tussen de zon en de aarde in beslag nemen, terwijl Sagittarius A* niet eens de baan van Mercurius zou halen.
Bovendien wordt het zicht op Sagittarius A* geblokkeerd door het stof en gas dat rondkolkt en -slingert in het centrum van de Melkweg, wat het lastig maakt om de waarnemingen tot een enkel beeld samen te voegen. “Rond kleine zwarte gaten beweegt alles sneller,” legt astrofysicus Dimitrios Psaltis van de University of Arizona uit. “We waren bang dat het plasma in de buurt van het zwarte gat zou gaan bewegen in de acht uur die het duurt tot de aarde genoeg is gedraaid zodat wij een opname kunnen maken.”
Uiteindelijk bleek Sagittarius A* toch mee te werken aan het portret.
Het gat in het centrum van het sterrenstelsel
Op de foto zijn enkele belangwekkende details te zien van de zwaartekrachtput in het centrum van ons sterrenstelsel, zoals de draairichting. Daaruit blijkt dat de bovenkant van het zwarte gat (of de onderkant, afhankelijk van hoe je ernaar kijkt) bijna recht in de richting van de aarde staat. De massa van het gat bleek overeen te komen met eerdere schattingen die werden gedaan aan de hand van het gedrag van sterren die rond het zwarte gat cirkelen.
Uit de data blijkt daarnaast verrassend genoeg dat dit superzware gat geen zogenaamde jet heeft, een superkrachtige stroom deeltjes die de kosmos in worden geschoten. Een dergelijk verschijnsel komt relatief vaak voor bij dergelijke objecten, zoals bijvoorbeeld het zwarte gat in M87.
“Daarover is inmiddels een discussie gaande: heeft Sagittarius A* nou toch een jet en is die misschien moeilijk waar te nemen in deze complexe omgeving omdat die zo klein en zwak is?” vertelt Markoff. “Aan de hand van onze waarnemingen voorspellen onze modellen dat er wel een jet is.”
Als het gaat om superzware zwarte gaten is Sagittarius A* het meest ijle object dat de EHT kan waarnemen. Het gat verslindt niet furieus alles dat te dicht in zijn buurt komt, maar leidt een slapend bestaan en voedt zich met kruimeltjes sterrenwind van sterren uit de buurt, precies genoeg om een zichtbare ring te vormen. Maar er zijn wel aanwijzingen dat Sagittarius A* in het verleden veel actiever was.
“We weten dat zwarte gaten cycli van activiteit doormaken. Dat kunnen we duidelijk zien als we naar superzware zwarte gaten kijken in clusters van sterrenstelsels,” vertelt Markoff. “We kunnen de bellen zien die ze tijdens hun actieve periodes veroorzaken in het gas in de buurt. Ze lijken om de paar honderd miljoen jaar dergelijke bellen te blazen. Er is dus een aan-uit-knop.”
Dit starten en stoppen van Sagittarius A* heeft sporen achtergelaten op moleculen in het interstellaire medium waaruit blijkt dat er sprake is van een (enigszins) wisselende mate van activiteit op een tijdschaal van millennia, of zelfs eeuwen. En hoewel wetenschappers weten dat de activiteit van een zwart gat varieert met de hoeveelheid materiaal die het gat opslokt, is nog niet bekend hoe dit proces werkt.
Een van de methoden waarmee wetenschappers proberen meer te weten te komen over het chaotische gekolk rond Sagittarius A* is door deze processen te vergelijken met die rond de zon. De zon is aanzienlijk minder zwaar, maar de bubbelende turbulentie, verwrongen magnetische velden, vlammen, erupties en gloeiendhete gassen kunnen astronomen mogelijk meer vertellen over de natuurkundige wetten rond superzware zwarte gaten.
“Natuurlijk zijn de omstandigheden extremer,” stelt Markoff. “Maar het is ongelooflijk dat veel van onze kennis over de fysica rond de zon ook lijkt op te gaan voor zwarte gaten. We hebben al enkele technieken kunnen toepassen.”
In alle vormen en maten
Wetenschappers hopen dat kennis over de gelijkenissen en verschillen tussen M87 en Sagittarius A* eraan bijdraagt om meer te weten te komen over zwarte gaten in het algemeen. Als bepaalde theorieën blijken te gelden voor objecten die zo in omvang verschillen, kunnen wetenschappers erop vertrouwen dat ze ook opgaan voor objecten die minder goed zichtbaar zijn.
“Verificatie van theorieën is heel lastig in ons vakgebied. We kunnen niet even naar een zwart gat vliegen en kijken of wat we denken ook echt klopt. Dus dat proberen we nu zo te doen,” vertelt Markoff.
Aan de hand van de twee zwarte gaten kunnen natuurkundigen ook de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein uit 1916 testen. De theorie voorspelt onder meer het bestaan van zwarte gaten; een fenomeen waar Einstein zelf vraagtekens bij had. Maar hoewel de theorie op het vlak van de kwantumfysica nog wel vragen oproept, lijkt deze tot nog toe stand te houden, zelfs in extreme astrofysische omstandigheden, terwijl wetenschappers niet raar hadden opgekeken als de theorie hier niet tegen bestand zou zijn.
“Als je twee dingen in het universum bekijkt waarvan de een 1500 keer minder massa heeft dan de ander, dan zijn die meestal niet vergelijkbaar. Denk bijvoorbeeld aan een reuzenplaneet en een kleine planetoïde, of aan een groot en een klein sterrenstelsel, een mier en een olifant, of een steentje en een berg,” aldus Psaltis.
“Alle theorieën op aarde gelden voor een bepaalde schaal en als je de schaal verandert, ziet het er anders uit. Behalve de algemene relativiteitstheorie. Dat is de enige theorie waarbij schaal er niet toe doet. Je kunt naar iets heel kleins kijken, of naar iets heel groots, het gedrag is precies hetzelfde.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op nationalgeographic.com
