In het hart van de Melkweg bevindt zich een bijna onvoorstelbaar enorm zwart gat. Maar natuurlijk heeft niemand er ooit een gezien (een soort van, daarover later meer): het is allemaal gebaseerd op ander bewijs dan directe observatie.
De SMBH van de Melkweg wordt Boogschutter A * (Sgr. A *) genoemd en is ongeveer 4 miljoen keer zo zwaar als de zon. Wetenschappers weten dat het er is omdat we kunnen zien welk effect het heeft op materie die er te dichtbij komt. Nu hebben we een van onze beste uitzichten tot nu toe van Sgr. A *, dankzij een team van wetenschappers dat een techniek gebruikt die interferometrie wordt genoemd.
Zoals Sgr. De krachtige zwaartekracht van A * trekt gas en stof naar zich toe, het gas en stof wervelt rond het gat. Op de een of andere manier wordt er een enorme hoeveelheid energie uitgestraald, die astronomen kunnen zien. Maar astronomen weten niet precies wat deze energie vrijgeeft. Komt het van het wervelende materiaal? Of komt het van materiaalstralen die uit het gat schieten?
"Over de stralingsbron van Sgr A * wordt al decennia gedebatteerd."
Michael Johnson van het Center for Astrophysics | Harvard en Smithsonian (CfA)
"Over de bron van de straling van Sgr A * wordt al decennia gedebatteerd", zegt Michael Johnson van het Center for Astrophysics | Harvard en Smithsonian (CfA). 'Sommige modellen voorspellen dat de straling afkomstig is van de schijf materiaal die wordt ingeslikt door het zwarte gat, terwijl andere het toeschrijven aan een straal materiaal die weg schiet van het zwarte gat. Zonder een scherper zicht op het zwarte gat kunnen we geen van beide mogelijkheden uitsluiten. "
Het begrijpen van zwarte gaten betekent dus dat astronomen duidelijker in het gebied van het gat moeten kunnen kijken. Maar evenementen bij Sgr. A * worden verduisterd door klonterige elektronenwolken tussen ons en het centrum van de melkweg. En deze wolken vervagen en vervormen ons zicht op het zwarte gat.
Een team van astronomen is erin geslaagd door deze elektronenwolken heen te kijken om duidelijker te zien wat er op Sgr gebeurt. EEN*. Het team staat onder leiding van
Radboud Universiteit PhD-studente Sara Issaoun, en naar Sgr. In de buurt van A * vertrouwden ze op een techniek genaamd Very Long Baseline Interferometry (VLBI).
Het resultaat? Een van onze duidelijkste beelden tot nu toe van wat er gebeurt in het superzware zwarte gat van ons sterrenstelsel.
Interferometrie is de techniek waarbij meerdere telescopen samen worden gebruikt om een ver verwijderd object effectiever in beeld te brengen. Hoe verder de scopes van elkaar verwijderd zijn, hoe langer de basislijn is en hoe groter het effectieve diafragma is. Met VLBI, gebruikt in dit onderzoek, overspannen de individuele telescopen de hele wereld, waardoor een enorm soort virtuele telescoop ontstaat.
Maar er zijn andere interferometers geweest en ze zagen Sgr. A * dit duidelijk. Het team achter deze studie maakte nog een stap vooruit in interferometrie. Ze voorzagen de krachtige ALMA (Atacama Large Millimeter Array) in Chili van nieuwe elektronica, een faseringssysteem genaamd. Hierdoor kon ALMA, dat al een interferometer is, zich aansluiten bij een netwerk van 12 andere telescopen genaamd GMVA (Global 3mm VLBI Array). Zoals de naam al zegt, is GMVA al een zeer lange basislijninterferometer. Dus door GMVA met ALMA te verbinden, ontstaat een soort Super VLBI.
"... we bekijken dit beest vanuit een heel bijzonder gezichtspunt."
Heino Falcke, hoogleraar radioastronomie aan de Radboud Universiteit.
“ALMA zelf is een verzameling van meer dan 50 radioborden. De magie van het nieuwe ALMA Phasing System is om al deze schotels als één telescoop te laten functioneren, die de gevoeligheid heeft van een enkele schotel met een diameter van meer dan 75 meter. Die gevoeligheid, en de ligging hoog in het Andesgebergte, maakt het perfect voor deze Sgr A * -studie ”, zegt Shep Doeleman van de CfA, die hoofdonderzoeker was van het ALMA Phasing Project.
"De doorbraak in beeldkwaliteit kwam door twee factoren", legt Lindy Blackburn, een radioastronoom bij de CfA, uit. "Door te observeren bij hoge frequenties was de beeldcorruptie door interstellair materiaal minder significant, en door ALMA toe te voegen, verdubbelden we het oplossend vermogen van ons instrument."
Dus wat hebben wetenschappers geleerd van deze innovatie? Hoe hebben deze superieure beelden hen geholpen ons superzware zwarte gat, Sgr. EEN*?
De nieuwe afbeeldingen laten zien dat de straling van Sgr A * een symmetrische morfologie heeft en kleiner is dan verwacht - het beslaat slechts 300 miljoenste graad. "Dit kan erop duiden dat de radio-emissie wordt geproduceerd in een schijf van invallend gas in plaats van door een radiostraal", legt Issaoun uit, die computersimulaties testte aan de hand van de beelden. “Dat zou Sgr A * echter een uitzondering maken in vergelijking met andere radioactieve zwarte gaten. Het alternatief zou kunnen zijn dat de radiostraal bijna direct op ons wijst. ”
Er is veel discussie over de energie die wordt uitgestraald door Sgr. A *, en of het al dan niet afkomstig is van wervelend, verwarmd materiaal in de accretieschijf of van materiaalstralen die van het gat af zijn gericht. Het kan afhangen van ons standpunt.
De promotor van Issaoun is Heino Falcke, hoogleraar radioastronomie aan de Radboud Universiteit. Falcke was verrast door dit resultaat en vorig jaar zou Falcke dit nieuwe straalmodel onaannemelijk hebben gevonden. Maar onlangs kwam een andere groep onderzoekers tot een vergelijkbare conclusie met ESO's Very Large Telescope Interferometer van optische telescopen en een onafhankelijke techniek. "Misschien is dit toch waar", concludeert Falcke, "en we bekijken dit beest vanuit een heel bijzonder gezichtspunt."
Astronomen zijn nog niet klaar met Sgr. A * nog niet. Ze zijn van plan om het superzware zwarte gat steeds beter te bekijken. “De eerste waarnemingen van Sgr A * op 86 GHz dateren van 26 jaar geleden, met slechts een handvol telescopen. In de loop der jaren is de kwaliteit van de gegevens gestaag verbeterd naarmate meer telescopen meedoen ”, zegt J. Anton Zensus, directeur van het Max Planck Institute for Radio Astronomy.
De volgende is de Event Horizon Telescope.
De EHT is een internationale samenwerking die is ontworpen om de directe omgeving van een zwart gat te onderzoeken. Het is niet één telescoop, maar eerder een gekoppeld systeem van radiotelescopen over de hele wereld die allemaal samenwerken met behulp van interferometrie. Door de elektromagnetische energie uit de regio rond het zwarte gat te meten met meerdere radiogolven op meerdere locaties, kunnen enkele eigenschappen van de bron worden afgeleid.
Astronomen hebben vier jaar lang de EHT gebruikt om superzwaar zwart gat Sgr te bestuderen. Die periode eindigde in april 2017, maar een team van 200 wetenschappers en ingenieurs werkt nog steeds aan de data. Tot nu toe hebben ze alleen een computermodelafbeelding vrijgegeven van wat ze hopen te zien.
Michael Johnson is optimistisch. "Als ALMA hetzelfde succes heeft bij deelname aan de Event Horizon Telescope op nog hogere frequenties, dan laten deze nieuwe resultaten zien dat interstellaire verstrooiing ons er niet van weerhoudt om helemaal naar de eventhorizon van het zwarte gat te turen."
De resultaten van het team zijn gepubliceerd in het Astrophysical Journal.
Bronnen:
- Persbericht: het opheffen van de sluier op het zwarte gat in het hart van onze Melkweg
- Research Paper: The Size, Shape, and Scattering of Sagittarius A * at 86 GHz: First VLBI with ALMA
- Space Magazine: hier is hoe de eerste afbeeldingen van de Event Horizon eruit zouden kunnen zien
- Wikipedia-vermelding: Boogschutter A *
- ALMA-observatorium
