Gegevens van de EHT-telescoop (Event Horizon Telescope) geven wetenschappers een nieuw idee over het monster dat de Melkweg wordt genoemd. Dankzij deze gegevens kunnen we het zwarte gat voor het eerst van dichterbij bekijken.

Een systeem van radiotelescopen die zich rond de aarde bevinden, noemen wij dat EHT (Event Horizon-telescoop), gericht op een paar reuzen. Boogschutter A is het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg, en naar een nog groter zwart gat op 53,5 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenstelsel M87. In april 2017 werkten de observatoria samen om de grenzen van zwarte gaten te observeren, waar de zwaartekracht zo sterk is dat zelfs lichtstralen deze niet kunnen verlaten. Na bijna twee jaar gegevensvergelijking publiceerden de wetenschappers vervolgens de eerste verkregen beelden van deze waarnemingen. Nu hopen wetenschappers dat de nieuwe beelden ons meer kunnen vertellen over zwarte gaten.

Hoe ziet een zwart gat er echt uit?

Zwarte gaten zijn hun naam echt waardig. Het gigantische zwaartekrachtbeest zendt geen licht uit in welk deel van het elektromagnetische spectrum dan ook, dus het is alsof ze niet op zichzelf bestaan. Maar astronomen weten dat ze daar zijn dankzij een soort metgezel. Terwijl hun zwaartekracht pulseert in het stellaire gas en stof, vormt zich materie om hen heen in de vorm van een roterende accretieschijf, waarbij hun atomen met elkaar botsen. Deze activiteit zendt "witte hitte" uit en zendt röntgenstralen en andere hoogenergetische straling uit. De zwarte gaten die verzadigd zijn met de meeste ‘haat’ bestralen vervolgens alle sterren in de omringende sterrenstelsels.

Op een afbeelding van de EHT-telescoop wordt voorspeld dat Sagittaria A in het Melkweggebied, ook wel Sgr A genoemd, een schaduw van een zwart gat heeft op zijn begeleidende accretieschijf van helder materiaal. Computersimulaties en de wetten van de zwaartekrachtfysica geven astronomen een redelijk goed idee van wat ze kunnen verwachten. Door de grote zwaartekracht nabij het zwarte gat zal de accretieschijf rond de ringhorizon vervormd raken en zal dit materiaal achter het zwarte gat zichtbaar worden. Het resulterende beeld zal waarschijnlijk asymmetrisch zijn. De zwaartekracht buigt het licht van het binnenste deel van de schijf sterker naar de aarde dan het buitenste deel, waardoor het ringdeel helderder wordt.

Gelden de wetten van de algemene relativiteitstheorie rond een zwart gat?

De exacte vorm van de ring kan de meest frustrerende patstelling in de theoretische natuurkunde oplossen. De twee pijlers van de natuurkunde zijn Einsteins algemene relativiteitstheorie, die enorme en zwaartekrachtsterke objecten zoals zwarte gaten bestuurt, en de kwantummechanica, die de vreemde wereld van subatomaire deeltjes bestuurt. Elke theorie werkt in zijn eigen domein. Maar ze kunnen niet samenwerken.

Natuurkundige Lia Medeiros van de Universiteit van Arizona in Tucson zegt:

“Algemene relativiteitstheorie en kwantumfysica zijn onderling onverenigbaar. Als de algemene relativiteitstheorie wordt toegepast in het zwarte gat-gebied, kan dit een doorbraak betekenen voor natuurkundetheoretici.”

Omdat zwarte gaten de meest extreme zwaartekrachtomgeving in het universum zijn, zijn ze de beste omgeving voor een stresstest van de zwaartekrachttheorie. Het is alsof je theorieën tegen een muur gooit en verwacht te zien of en hoe ze deze kunnen afbreken. Als de algemene relativiteitstheorie klopt, verwachten wetenschappers dat het zwarte gat een specifieke schaduw zal hebben en dus een cirkelvorm, als de theorie van Einstein niet van toepassing is, dan zal de schaduw een andere vorm hebben. Lia Medeiros en haar collega's pasten een computersimulatie toe op de verschillende schaduwen van 12 zwarte gaten die zouden kunnen afwijken van de theorieën van Einstein.

L. Mederios zegt:

"Als we iets anders vinden (alternatieve theorieën over de zwaartekracht), zal het als een kerstcadeau zijn."

Zelfs een kleine afwijking van de algemene relativiteitstheorie zou astronomen helpen te kwantificeren wat ze zien en wat ze verwachten.

Worden dode sterren pulsars genoemd die een zwart gat in de Melkweg omringen?

Een andere manier om de algemene relativiteitstheorie rond zwarte gaten te testen, is door te observeren hoe sterren eromheen bewegen. Wanneer licht van sterren door het extreme zwaartekrachtveld van een nabijgelegen zwart gat stroomt, wordt het licht "uitgerekt" en lijkt het voor ons dus roder. Dit proces wordt "gravitationele roodverschuiving" genoemd en werd voorspeld door de algemene relativiteitstheorie. Vorig jaar observeerden astronomen het in de buurt van de SgrA-regio. Tot nu toe goed nieuws voor de theorie van Einstein. Een nog betere manier om dit fenomeen te bevestigen is door dezelfde test uit te voeren op pulsars, die snel ronddraaien en met regelmatige tussenpozen met stralingsbundels langs de sterrenhemel bewegen, waardoor het voor ons lijkt alsof ze pulseren.

Zwaartekrachtroodverschuiving zou dus de reguliere metronomische run verstoren en door deze te observeren zou de algemene relativiteitstheorie nauwkeuriger op de proef worden gesteld.

Scott Ranson van het National Astronomical Observatory in Charlottesville zegt:

“Voor de meeste mensen die de SgrA-regio observeren, zou het een droom zijn om een ​​pulsar of pulsars in een baan om een ​​zwart gat te ontdekken. Pulsars kunnen veel zeer interessante en zeer gedetailleerde tests van de algemene relativiteitstheorie opleveren.”

Ondanks zorgvuldige observatie is er echter nog geen pulsar gevonden die dicht genoeg bij de SgrA-regio draait. Deels omdat galactisch stof en gas hun bundels verstrooien, waardoor ze moeilijk scherp te stellen zijn. Maar de EHT biedt tot nu toe het beste zicht op het centrum van de radiogolven, en daarom hopen S.Ransom en zijn collega's dat ze zich kunnen concentreren. "Het is net een visexpeditie, de kans op een vangst is erg klein, maar het is de moeite waard", voegt S.Ransom toe.

De pulsar PSR J1745-2900 (links in de afbeelding) werd ontdekt in 2013. Hij draait op een afstand van precies 150 lichtjaar rond het zwarte gat in het centrum van het sterrenstelsel. Het is echter te ver daarvandaan om hier nauwkeurige tests van de algemene relativiteitstheorie te kunnen uitvoeren. Alleen al het bestaan ​​van deze pulsar geeft astronomen de hoop dat ze met behulp van de EHT andere en nauwere pulsars dichter bij het zwarte gat zullen ontdekken.

Hoe produceren zwarte gaten jets?

Sommige zwarte gaten zijn vraatzuchtige eters en zuigen enorme hoeveelheden gas en stof op, terwijl andere kieskeurige eters zijn. Niemand weet waarom dat zo is. SgrA lijkt een kieskeurige eter te zijn met een verrassend donkere schijf, ondanks een massa gelijk aan 4 miljoen zonsmassa's. Een ander doelwit van de EHT, het zwarte gat in de Melkweg M87, is een vraatzuchtige eter. Het weegt maar liefst 3,5 tot 7,22 miljard zonnen. En dat hij, naast de enorme verzamelde accretieschijf in zijn omgeving, ook met geweld een stroom geladen subatomaire deeltjes uitwerpt tot een afstand van 5 lichtjaar.

Thomas Krichbaum Instituut voor Radioastronomie in Bonn zegt hij:

"Het is enigszins tegenstrijdig om te denken dat een zwart gat überhaupt iets uitdrijft."

Mensen denken meestal dat een zwart gat alleen maar absorbeert. Veel zwarte gaten produceren jets die langer en breder zijn dan hele sterrenstelsels en miljarden lichtjaren verwijderd kunnen zijn van het zwarte gat.

Een voor de hand liggende vraag is wat voor soort krachtige energiebron het kan zijn die jets tot zulke grote afstanden uitzendt. Dankzij EHT kunnen we deze gebeurtenissen eindelijk voor het eerst traceren. We kunnen dus de sterkte van het magnetische veld van het zwarte gat in het M87-stelsel schatten door de EHT te meten, omdat deze verband houdt met de sterkte van de jets. Door de eigenschappen van jets te meten wanneer ze zich in de buurt van een zwart gat bevinden, kun je bepalen waar de jet vandaan komt: van binnenuit de schijf, of van een ander deel van de schijf, of van het zwarte gat zelf.

Deze waarnemingen kunnen ook duidelijk maken of de jets afkomstig zijn van het zwarte gat of van snelstromend materiaal in de schijf. Omdat jets materiaal uit het galactische centrum naar het intergalactische gebied kunnen transporteren, zou dit het effect op de evolutie en groei van sterrenstelsels kunnen verklaren. En zelfs waar planeten en sterren worden geboren.

T. Krichbaum zegt:

‘Het is belangrijk om de evolutie van sterrenstelsels te begrijpen, vanaf de vroege vorming van zwarte gaten tot de geboorte van sterren en uiteindelijk tot de geboorte van leven. Dit is een heel groot verhaal, en door het bestuderen van jets van zwarte gaten voegen we slechts kleine stukjes toe aan de grote puzzel van het leven.”

Noot van de uitgever: Dit verhaal is op 1 april 2019 bijgewerkt om de massa van het zwarte gat M 87 te specificeren: de massa van het sterrenstelsel is 2,4 biljoen maal die van de zon. Alleen al een zwart gat heeft een massa van enkele miljarden zonnen. Addendum: de simulatie van een zwart gat is een voorbeeld van het bevestigen van Einsteins algemene relativiteitstheorie, en niet van het weerleggen ervan.