Eerste afbeelding van 'ons eigen' zwarte gat in Melkweg

• Francien Yntema

  Redacteur Wetenschap

De eerste 'foto' van het superzware zwarte gat in het centrum van onze Melkweg is een feit. Vanmiddag presenteerde een team van meer dan 300 wetenschappers de afbeelding van Sagittarius A* op meerdere gelijktijdige persconferenties.

De afbeelding toont een wazige oranje-geel-witte ring tegen een zwarte achtergrond. Op drie plekken is de ring dikker en witter van kleur. In het midden is het zwart: daar bevindt zich de zogeheten schaduw van het zwarte gat.

Volgens de onderzoekers vormt dit resultaat het overtuigende bewijs dat Sagittarius A* inderdaad een zwart gat is. Het resultaat is in zes artikelen beschreven en wordt vandaag gepubliceerd in een speciale uitgave van The Astrophysical Journal Letters.

De onderzoekers maakten de afbeelding met de Event Horizon Telescope, een wereldwijd netwerk van onderling verbonden radiotelescopen. De afbeelding is gebaseerd op radiostraling die afkomstig is van de rand van het zwarte gat en gelijktijdig door acht telescopen is opgevangen.

Natuurkundigen hopen dat beelden van zwarte gaten helpen om een langlopend vraagstuk te beslechten. Tot nu toe lukt het namelijk niet om Einsteins algemene relativiteitstheorie te verenigen met de kwantummechanica. Beter begrip van wat er aan de randen van zwarte gaten gebeurt, helpt daar mogelijk bij.

Ruim drie jaar geleden presenteerde hetzelfde onderzoeksconsortium de eerste 'foto' van een zwart gat. Het ging toen om een superzwaar zwart gat in het sterrenstelsel Messier 87. Dat zwarte gat staat op zo'n 55 miljoen lichtjaar van de aarde en is ruwweg 6,5 miljard keer zo zwaar als onze zon.

Sagittarius A* staat zo'n 2000 keer dichterbij: op een afstand van ongeveer 27.000 lichtjaar. Het is voor zover bekend het zwaarste zwarte gat in onze Melkweg en ons zonnestelsel draait er iedere 240 miljoen jaar omheen. Sagittarius A* is zo zwaar als ongeveer 4 miljoen zonnen.

Gloeiend hete materie

Wat zien we nu eigenlijk op de foto? Zwarte gaten zelf kun je namelijk niet zien, zegt Heino Falcke, hoogleraar radiosterrenkunde en astrodeeltjesfysica aan de Radboud Universiteit in Nijmegen en een van de grondleggers van het project.

"Kenmerkend voor een zwart gat is dat licht en materie erin verdwijnen en nooit meer terugkomen. Maar voordat materie het zwarte gat in gaat, wordt die materie gloeiend heet en begint die te stralen. Aan de randen van zwarte gaten heb je de grootste helderheid van het heelal. En daarbinnen heb je de diepste duisternis."

De 'foto' is dus een weergave van de radiostraling rondom het zwarte gat. "Dit is wat je zou zien als je ogen zo groot had als de aarde en waarmee je radiostraling kan zien", zegt Huib Jan van Langevelde, directeur van de Event Horizon Telescope. "Het is een kunstmatig plaatje waarbij we de kleuren wit en oranje gebruiken om heel heldere radiostraling aan te geven. Het zwarte gat blijft donker, want daar komt geen radiostraling vandaan."

Tweede foto

De foto van het vorige zwarte gat was niet genoeg, vonden de onderzoekers. "In de wetenschap moet je alles bevestigen wat je hebt gezien. Dat doen we nu door naar een ander zwart gat te kijken", zegt Falcke. "Bovendien is dit zwarte gat heel bijzonder omdat het in het centrum van onze eigen Melkweg zit."

"Het eerste dat opvalt is dat deze foto zo lijkt op de vorige", reageert Marcel Vonk, theoretisch natuurkundige aan de Universiteit van Amsterdam en niet betrokken bij het onderzoek. "Wetenschappelijk gezien is deze tweede foto interessanter omdat we nu overeenkomsten en verschillen zien. We zien dat de schaduw in het midden wordt bepaald door de massa van het zwarte gat. En op de eerste foto zagen we twee lichte vlekken en op deze foto drie. Ik ben benieuwd of de publicaties uitleggen hoe dat komt."

Probleem

Mogelijk helpen de foto's ook een natuurkundig vraagstuk oplossen. Decennialang al proberen natuurkundigen Einsteins algemene relativiteitstheorie (die de werkelijkheid op kosmische schaal beschrijft) te verenigen met de kwantummechanica, die de werkelijkheid op het kleinste niveau beschrijft. Die theorieën botsen namelijk in extreme situaties, zoals in en aan de randen van zwarte gaten.

Grote vraag is dus of er een theorie te vinden is die correct beschrijft wat er in en om zwarte gaten gebeurt. Met theorieën in de hand kunnen wetenschappers voorspellen hoe zwarte gaten eruit zouden moeten zien. Door die voorspellingen te vergelijken met meetgegevens die de Event Horizon Telescope verzamelt, wordt duidelijker of Einsteins theorie bijvoorbeeld standhoudt.

Einstein houdt stand

Tot nu toe lijkt dat het geval. "We waren stomverbaasd over hoe goed de grootte van de ring overeenkwam met de voorspellingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie", zegt Geoffrey Bower van het Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica die ook bij het onderzoek is betrokken.

Dat Einsteins theorie tot nu toe standhoudt, onderschrijft theoretisch natuurkundige Vonk. "Deze tweede foto is een nieuwe test van de theorie en de afbeelding past opnieuw heel goed bij de voorspellingen."

Kleuter

De tweede foto was overigens lastiger te maken dan de eerste, zegt directeur Van Langevelde. Het eerste zwarte gat is veel groter en zwaarder en daardoor beweegt materie er relatief langzaam omheen. Het andere zwarte gat lijkt eerder op een kleuter die niet stil blijft zitten voor de foto, zei onderzoeker Falcke eerder.

De komende jaren willen de onderzoekers scherpere afbeeldingen maken van zwarte gaten, onder andere door meer telescopen te verbinden. Bij de eerste meetronde in 2017 bestond het netwerk uit acht telescopen. Inmiddels doen er elf telescopen mee en er zijn plannen voor verdere uitbreiding.