Sort hul

Zo maakten astronomen de foto van het zwarte gat

Vorige week toonden wetenschappers de eerste foto aller tijden van een zwart gat. En dat was een prestatie van formaat. De zwaarste objecten van het heelal zijn buitengewoon moeilijk op de gevoelige plaat vast te leggen.

ESO

Woensdag 10 april 2019 zal de geschiedenis in gaan als een van de belangrijkste dagen in de wetenschappelijke wereld.

Op die dag toonden astronomen van het European Southern Observatory (ESO) de eerste foto van de onzichtbare superster van het heelal: een zwart gat.

Een gigant – ook vergeleken met andere zwarte gaten

Op de foto staat het superzware zwarte gat in het centum van het ellipsvormige sterrenstelsel Messier 87 (M87), zo’n 53 miljoen lichtjaar van ons vandaan.

Messier 87

M87 bevat een enorm ellipsvormig zwart gat met een massa die 1000 miljard zonnemassa’s groter is dan die van de Melkweg. Uit dit superzware zwarte gat in het centrum van zijn sterrenstelsel komt een straal van deeltjes die de Hubbletelescoop op deze foto heeft vastgelegd.

© NASA, ESA

Zelfs voor een zwart gat is dit een buitengewoon indrukwekkend exemplaar. Het heeft een massa van 6,5 miljard keer die van de zon, maar toch is de foto niet heel helder.

Ten eerste kunnen we het zwarte gat zelf niet zien. Omdat er niets aan kan ontsnappen, ook geen licht, hebben de astronomen gefocust op de zogeheten waarnemingshorizon. Dit is de grens van het gebied waar het licht ingevangen wordt door de gigantische zwaartekracht van het zwarte gat.

Ten tweede bevindt het zwarte gat zich op zo’n grote afstand van ons dat het ondanks zijn omvang aan onze hemel evenveel plek inneemt als een sinaasappel op de maan – een piepklein stukje dus.

De eerste foto van een zwart gat bevestigt de gangbare theorie over de opbouw van deze massieve objecten.

SPL

De massa van het zwarte gat is geconcentreerd in één punt.

SPL

De waarnemingshorizon is de grens van het gebied waar materie en licht niet meer aan de zwaartekracht van het zwarte gat kunnen ontsnappen.

SPL

Een schijf van materie en gassen draait om de waarnemingshorizon.

SPL
Sort hul

Straalstromen van geladen deeltjes schieten bij actieve, superzware zwarte gaten, die nog steeds gas, materie en sterren opslokken, loodrecht uit de schijf.

SPL

Zwarte gaten verstoppen zich

Een ander probleem voor de astronomen was dat zwarte gaten worden omringd door stof en gassen, die het zicht blokkeren. Daarom kunnen we ze niet zien met optische telescopen, die foto’s met behulp van licht maken.

De wetenschappers moesten radiotelescopen gebruiken, die de radiogolven opvangen die het zwarte gat uitzendt.

De wolk van gas en stof hangt zo dicht om het zwarte gat dat alleen radiogolven met een golflengte van circa 1 millimeter worden doorgelaten. Als die golven de aarde bereiken, worden ze geabsorbeerd door water in de atmosfeer, waardoor ze bijna niet waarneembaar zijn.

Acht telescopen zien meer dan één

Om al deze problemen op te lossen werd de Event Horizon Telescoop (EHT) gebouwd. Hierbij werken acht van de grootste radiotelescopen samen om zwarte gaten waar te nemen.

Supertelescopen werken nauw samen

1 / 5

undefined

12345

Acht telescopen zien meer dan één. Dat is het principe van het telescoopnetwerk Event Horizon, waarbij telescopen in alle windstreken samen het onzichtbare zichtbaar maken.

De telescopen zijn gesynchroniseerd met atoomklokken en werken in feite als één grote radiotelescoop met een schotel zo groot als de aarde. Het effect is zo sterk dat de EHT een sinaasappel op de maan kan zien liggen – en diep kan doordringen in een sterrenstelsel op miljoenen lichtjaren afstand.

Met andere woorden: de EHT ziet radiogolven die bijna onzichtbaar zijn.

De ESO heeft een korte documentaire gemaakt waarin wordt uitgelegd hoe de foto is ontstaan en de onderzoekers achter de foto worden geportretteerd.

Gegevens per vliegtuig vervoerd

In april 2017 waren alle acht telescopen een week lang gericht op het centrum van M87. Ze sloegen gegevens op over de golven die ze opvingen.

In die week verzamelden de telescopen voor 5 petabyte aan data – 5 miljoen gigabyte.

Dat was zo’n grote berg data dat het jaren geduurd zou hebben als de telescopen hun observaties via het internet hadden verstuurd.

5 petabyte is heel veel data. Het komt overeen met een mp3’tje met een speelduur van 5000 jaar.
Dan Marrone is astronoom aan de University of Arizona en hoorde bij het team achter de foto. Hier probeert hij uit te leggen hoeveel gegevens er zijn verwerkt om de foto te creëren.

Daarom werden alle gegevens op harde schijven gezet, die per vliegtuig naar twee datacentra werden gebracht, een in Duitsland en een in de VS. Dat leverde wat vertraging op.

Een van de telescopen staat op Antarctica, waar ’s winters niet gevlogen mag worden. En omdat de EHT in het begin van de Zuidpoolwinter begon met opnemen, moesten de wetenschappers een half jaar op de gegevens van de Antarctische telescoop wachten.

South Pole Telescope

Dat het zo lang duurde voor de foto klaar was, was onder andere te wijten aan de South Pole Telescope. Het viel niet mee om de gegevens van de waarnemingen uit de barre ijswoestijn te krijgen.

© Creative Commons

Supercomputers kauwden op data

In Duitsland en de VS werden de vergaarde gegevens verwerkt door supercomputers.

Er waren 800 supercomputers nodig, die verbonden waren via een netwerk van 40 Gbit/s, om de data van de verschillende telescopen met elkaar te vergelijken.

En al dat rekenwerk leidde uiteindelijk tot het korrelige beeld dat een van de belangrijkste foto’s is die astronomen ooit hebben gemaakt.

Albert Einstein M87

Einstein had gelijk

Meer dan 100 jaar geleden publiceerde de Duitse natuurkundige Albert Einstein zijn algemene relativiteitstheorie.

Deze theorie verklaart hoe alle massa de ruimte om zich heen kromt en zo dingen aantrekt. De zwaartekracht wordt voorgesteld als een kromming van de ruimtetijd.

Einsteins theorie maakte het bestaan van zwarte gaten aannemelijk, en volgens zijn ideeën hadden die een waarnemingshorizon waar het laatste zichtbare licht uitgezonden wordt. Bovendien beschreef hij de gaten zelf als kogelrond en stelde hij dat we de omvang van het donkere gebied kunnen uitrekenen aan de hand van de massa.

Al zijn voorspellingen over de extreem massieve objecten werden bevestigd door de waarnemingen van het zwarte gat van M87.

Maar Einstein maakte ook fouten. Volgens hem bestonden zwarte gaten alleen in theorie omdat de deeltjes zouden stoppen met uiteenvallen voordat ze zwaar genoeg zouden zijn om een zwart gat te vormen.

Volgende halte: de Melkweg

De EHT had niet alleen het zwarte gat van M87 in het vizier. De telescopencombinatie onderzocht ook het enorme zwarte gat in het centrum van de Melkweg. In de nabije toekomst kun je dan ook nog een foto van een zwart gat tegemoetzien.

Ons ‘eigen’ zwarte gat is zo’n 2000 keer zo dichtbij, maar ook 2000 keer zo klein. Daardoor lijkt het aan de hemel even groot als het zwarte gat van M87: het heeft vanaf de aarde gezien de omvang van een sinaasappel op de maan.

Om die reden ligt het dan ook niet voor de hand dat de foto van het superzware centrum van de Melkweg minder korrelig zal zijn dan het beeld dat we nu hebben gezien.

Lees ook:

Sort hul
Zwarte gaten

Persconferentie: Astronomen klaar met grote doorbraak over zwarte gaten

4 minuten
Sort hul
Zwarte gaten

SENSATIE: Dit is de eerste foto van een zwart gat

2 minuten
black whole
Zwarte gaten

Gigantisch zwart gat verbluft wetenschap

0 minuten
Meest populair

Log in

Fout: Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
ToonVerberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!