Foto zwart gat begin van nieuwe wetenschappelijk zoektocht

Zwarte gaten zijn onzichtbaar, relatief klein, maar enorm zwaar. De foto laat laat een gloeiende ‘donut’ van stof en sterren zien, met daarbinnen de schaduw van een zwart gat. Het zwarte gat is nog eens 2,5 keer kleiner dan zijn schaduw. beeld EHT Collaboration

Een internationaal team astronomen liet woensdag de eerste foto zien van een zwart gat. „Jullie hebben tot nu simulaties gezien. Deze is echt”, aldus de onderzoekers. De foto werd gepresenteerd op de honderdste verjaardag van de Internationale Astronomische Unie in Brussel.

De resultaten van het team werden gelijktijdig wereldkundig gemaakt op persconferenties in Brussel, de Verenigde Staten, Chili, China, Taiwan en Japan.

Het zwarte gat bevindt zich op 55 miljoen lichtjaar afstand van de aarde. Die afstand maakte het extra lastig om het zwarte gat waar te nemen. „Het is alsof we vanuit Brussel een mosterdzaadje in Washington hebben waargenomen”, aldus de onderzoekers.

De Nijmeegse hoogleraar astrodeeltjesfysica Heino Falcke was de drijvende kracht achter het idee om een zwart gat te fotograferen. En dat was niet eenvoudig.

Zwarte gaten zijn onzichtbaar, relatief klein, maar enorm zwaar. Een zwart gat oefent extreme aantrekkingskracht uit op zijn omgeving. Alles wat in de buurt komt, wordt opgeslokt en verscheurd. Er ontsnapt zelfs geen sprankje licht uit.

De foto laat zoiets zien als bij een zonsverduistering: een vurige ring om een donker object in het midden. Er licht een gloeiende ‘donut’ van stof en sterren op, met daarbinnen een schaduw, de plek waar alle licht is verdwenen. Die begrenzing van het zwarte gat wordt de waarnemingshorizon genoemd. Verder dan de waarnemingshorizon kunnen astronomen niet kijken. De diameter van het zwarte gat is ongeveer 2,5 keer kleiner dan zijn schaduw.

Het team maakte de foto met de zogeheten Event Horizon Telescope (EHT), een wereldwijd netwerk van acht radiotelescopen. Samen vormen ze een virtuele telescoop zo groot als de aarde. Falcke is voorzitter van de wetenschappelijke raad van de EHT.

Het team publiceerde in totaal zes artikelen in gerenommeerde wetenschappelijke tijdschriften. De foto levert niet alleen een spectaculaire plaat op, maar dient ook een wetenschappelijk doel.

Er zijn opnieuw astronomische raadsel opgelost, maar de artikelen geven geen uitsluitsel over de manier waarop materiaal in het zwarte gat verdwijnt. Als het materiaal de waarnemingshorizon passeert, versnelt het extreem. Maar 3 procent kan vervolgens toch weer ontsnappen aan de enorme aantrekkingskracht van het zwarte gat. Hoe? Dat is vooralsnog onduidelijk.

Mogelijk leveren de foto’s van het tweede superzware zwarte gat –Sagittarius A* in het centrum van de Melkweg– uitsluitsel. Het EHT-team is momenteel bezig daarvan ook een foto te produceren.

Op de waarnemingshorizon raken Einsteins relativiteitstheorie en de daarmee botsende kwantummechanica elkaar. De theorie van de kwantummechanica voorspelt namelijk de zogeheten kwantumzwaartekracht. Die zou een rol kunnen spelen voorbij de waarnemingshorizon, maar op dit moment is onbekend hoe die zou moeten werken. Einsteins algemene relativiteitstheorie doet uitspraken over aantrekkingskracht op supergrote schaal tot de waarnemingshorizon.

Het probleem is dat beide elkaar tegenspreken: kwantummechanica kan de zwaartekracht niet verklaren terwijl de algemene relativiteitstheorie geen verklaring biedt voor het gedrag van deeltjes op kwantumniveau.

„Dit is misschien het begin van de brug tussen de twee theorieën. Die moet ontrafeld worden, en misschien lukt ons dat wel nooit. Het was eerst een theoretisch probleem, nu zien we het en wordt het echt”, liet Falcke weten.

Avery Broderick, natuurkundige van de University of Waterloo in Canada toonde zich woensdag optimistisch tegenover Live Science. Hij suggereerde dat een oplossing voor dit natuurkundige probleem onderweg is.

Erin Bonning, astrophysicus en zwartegatenonderzoeker aan de Emory University (VS) was echter wat sceptisch. De foto is gemaakt vanuit het perspectief van de algemene relativiteitstheorie, zodat er volgens haar nieuwe natuurkunde nodig is om het gat te dichten.

Volgens Bonning heeft op de rand van de schaduw van het zwarte gat een overgang plaats van de aantrekkingskrachten op basis van de algemene relativiteitstheorie naar minuscule krachten op kwantumniveau. „We kunnen verwachten dat we heel, heel dicht bij de waarnemingshorizon kwantumzwaartekracht zullen vinden.”

Vooralsnog heeft de foto Einsteins gelijk opnieuw aangetoond. De rand van de waarnemingshorizon is een nagenoeg perfecte cirkel, precies zoals de algemene relativiteitstheorie voorspelde. Bonning: „Dat was te verwachten. Als ze hadden ontdekt dat de algemene relativiteitstheorie niet zou kloppen, was ik van verbazing van mijn stoel gerold.”

Falcke’s eerdere computersimulaties sluiten dan ook verrassend goed aan op de waarnemingen met de EHT. „Perfect bij wat we hadden verwacht op basis van Einsteins algemene relativiteitstheorie. We hebben een wiskundig concept veranderd in een fysiek object, een plek die we kunnen testen, meten en waarnemen.”

Falcke: „Ik heb hier 20, 25 jaar over nagedacht en aan gewerkt. We zagen de metingen een jaar geleden, maar het was niet zeker of ze klopten. Later wisten we het redelijk zeker, maar mochten we er niet over praten, omdat we nog moesten publiceren. Nu kunnen we het delen met de wereld. Dat is echt een mooi gevoel, het voelt als een bevrijding. Het is een droom die werkelijkheid wordt.”

2018-10-31-pkTEC4-Sagittarius_A__hoofdfoto_scan-3-FC_webNieuwe aanwijzing voor zwart gat in centrum Melkweg

2017-12-13-pkVRY12-Sagittarius_A__hoofdfoto-7-FC_webProf. Falcke leidt jacht op het zwarte gat