De Event Horizon-telescoop, een reeks van acht radiotelescopen op aarde die door internationale samenwerking zijn gesmeed, heeft dit beeld vastgelegd van het superzware zwarte gat en de schaduw ervan in het centrum van de melkweg M87.
(Afbeelding: © EHT Collaboration)
De Event Horizon Telescope project rust niet op zijn lauweren.
In april 2019 onthulde de EHT-samenwerking de allereerste afbeelding van een zwart gat, die de kolos in het hart van de M87 vastlegde. Het project liep op dat moment al twee decennia, maar de onthulling betekende geen hoogtepunt of hoogtepunt. Het was eerder een keerpunt, het openen van een raam naar nog meer opwindende ontdekkingen die komen gaan, zeiden teamleden.
"We kijken terug over 20 jaar - weet je, we zullen allemaal ergens paraplu-drankjes drinken - en ik denk dat we het M87-beeld als het begin zullen herkennen", oprichter van EHT, Shep Doeleman, een astronoom in het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Massachusetts, vertelde verslaggevers op 10 april tijdens een webcast-evenement ter gelegenheid van de eenjarige verjaardag van de onthulling van de foto.
"Het is pas het begin", voegt Doeleman toe. 'Ik denk dat die ontdekking blijft doorgaan.'
Grote black hole ambities
Het volgende grote moment zou het supermassief van onze eigen Melkweg kunnen betreffen zwart gat, dat bekend staat als Boogschutter A *, of kortweg Sgr A *. Het EHT-team observeert Sgr A *, maar heeft nog geen beeld kunnen genereren uit de gegevens.
Het fotograferen van een zwart gat is veel meer dan alleen richten en schieten. De EHT combineert gegevens van acht radiotelescopen over de hele wereld, die met elkaar zijn verbonden tot een virtuele megascoop ter grootte van de aarde. Het team bedenkt algoritmen om al deze informatie te begrijpen en integreert deze om een afbeelding te genereren die de zwarte gaten weergeeft event horizon - het 'point of no return' waarboven niets, zelfs geen licht, kan ontsnappen. (Het is onmogelijk om het interieur van een zwart gat te fotograferen, tenzij je er zelf in zit, wat niet wordt geadviseerd.)
Dit werk is nauwgezet en tijdrovend; de M87-gegevens die het beeld van vorig jaar mogelijk maakten, werden bijvoorbeeld verzameld in 2017. En Sgr A * is nog een moeilijker doelwit, ook al is het veel dichter bij ons (26.000 lichtjaar versus 55 miljoen lichtjaar voor M87). Sgr A * is een relatief lichtgewicht superzwaar zwart gat, met een massa van "slechts" 4,3 miljoen zonnen, en werkt daarom op kortere tijdschalen dan het M87-monster van 6,5 miljard zonne-massa.
"Een van de uitdagingen voor Boogschutter A * is dat het in de loop van een avond zo snel evolueert", aldus Doeleman. "Dus we ontwikkelen nieuwe algoritmen die daar specifiek op ingaan, om een variabiliteit in de tijd toe te voegen aan de modellering. Dat kost gewoon meer tijd."
Het toevoegen van Sgr A * aan het fotoalbum heeft hoge prioriteit voor EHT-teamleden, deels omdat ze graag naar een object willen kijken dat zo anders is dan M87's superzware zwarte gat. Maar de ambities van het project eindigen daar niet. De samenwerking is van plan het aantal samenstellende EHT-telescopen te verdubbelen, waardoor een "volgende generatie EHT" ontstaat die de ontdekking naar een hoger niveau zal tillen.
De gemodificeerde megascoop "zal ons nog scherpere beelden geven en laten we de eerste films van zwarte gaten maken", zei Doeleman.
De next-gen EHT zal de onderzoekers nog meer zwarte gaten binnen bereik brengen. En het kan het team zelfs in staat stellen in te zoomen op de "fotonring" van een zwart gat, een bizarre structuur die een oneindige, informatieve reeks subringen lijkt te bevatten. Dergelijke diepgaande observaties zouden "ultraprecieze tests van de theorieën van Einstein mogelijk maken, en zelfs extractie van spin", zei Doeleman.
Dat zou inderdaad een groot probleem zijn. "Superzware zwarte gaten zijn elementaire objecten die alleen worden beschreven door hun grootte en rotatie", zei EHT-teamlid Michael Johnson, ook van de CfA, tijdens het evenement van 10 april. EHT-waarnemingen stellen wetenschappers al in staat massa vast te spijkeren, dus als ze ook spin krijgen, kunnen wetenschappers de goederen echt op deze licht slokkende monsters krijgen.
De next-gen EHT zal ook andere voordelen bieden, aldus Doeleman en Johnson. Het verbeterde partnerschap zou de samenwerking bijvoorbeeld in staat moeten stellen om een veel beter begrip te krijgen van black hole-jets, stralenbundels die de kolossen met bijna de snelheid van het licht uitblazen.
De samenwerking heeft al financiering verkregen van de Amerikaanse National Science Foundation om de bal aan het rollen te krijgen op de volgende generatie EHT. Het doel is om binnen drie of vier jaar een definitief ontwerp klaar te hebben en alles klaar te hebben voor het einde van het decennium, zei Doeleman. (Nieuwe gerechten zijn trouwens niet de enige manier om de EHT te versterken. Resolutie kan ook worden verbeterd door doelen in meerdere elektromagnetische frequenties te observeren, aldus Doeleman en Johnson.)
De EHT zou daarna nog een boost kunnen krijgen. Het uitbreiden van het bereik van de megascope naar de ruimte zou het oplossend vermogen enorm vergroten, en het team onderzoekt manieren om precies dat te doen. De samenwerking onderzoekt de mogelijkheid om reeds bestaande ruimteactiva op te nemen en nieuwe, speciale missies op te zetten, zei Johnson.
Zelfs een enkel instrument toevoegen in een geosynchrone baan, meer dan 22.000 mijl (35.400 kilometer) boven onze planeet, zou een verschil maken. 'En dan, zeker, als je eenmaal uitstapt de maan - daar denk ik dat we echt naar geheel nieuwe wetenschap zouden kijken ', vertelde Johnson vorige maand aan Space.com, toen het EHT-team aankondigde zijn foton-ring resultaten. (Die afstand zou ongeveer 10 keer verder zijn, de maan is gemiddeld 238.855 mijl of 384.400 km van de aarde verwijderd.)
Een hobbel in de weg
De coronavirus pandemie heeft de weg naar toekomstige EHT-ontdekkingen hobbeliger gemaakt dan normaal: het project De waarnemingscampagne voor 2020 werd afgeblazen omdat verschillende deelnemende scopes om gezondheids- en veiligheidsredenen zijn gesloten. (Het project verzamelt slechts één keer per jaar gegevens, tijdens een periode in maart en april wanneer het weer over het algemeen goed is op alle wijdverbreide observatiesites.)
De annulering was de juiste zet, zei Doeleman. Maar het was 'hartverscheurend', voegde hij eraan toe, vooral omdat de observaties van dit jaar de eerste bijdragen van instrumenten in Groenland, Arizona en de Franse Alpen zouden omvatten. De campagne voor 2020 zou dus een uitgebreide, krachtigere EHT met 11 werkingssituaties bevatten.
Maar het team kan nog veel data-analyse doen en de basis leggen voor de observaties van volgend jaar, benadrukte Doeleman. De geesten onder de onderzoekers zijn dus nog lang niet kapot.
"In de samenwerking nu is er geen toon van wanhoop; ik denk dat we min of meer verenigd zijn door het lijden," zei Johnson.
"De oplossing voor zwarte gaten is door Karl Schwarzschild afgeleid in de loopgraven tijdens de Eerste Wereldoorlog", zei hij, verwijzend naar de Duitse natuurkundige die de eerste exacte oplossing bedacht om Einsteins algemene relativiteitsvergelijkingen. 'Dus de wetenschap gaat door, en ik denk dat het zelfs bij deze uitdagingen een belangrijke rol speelt.'
- Dit enorme zwarte gat draait met de helft van de lichtsnelheid!
- Event Horizon Telescope-team wint $ 3 miljoen Breakthrough Prize voor epische beelden van zwarte gaten
- 8 verbluffende astronomie-mysteries
