Deze allereerste foto van een zwart gat toont het superzware zwarte gat in de kern van het sterrenstelsel M87.

Foto EHT Collaboration

Dit is de allereerste foto van (de schaduw van) een zwart gat

Astronomie Het is de dichtst mogelijke benadering van een foto van een zwart gat: een beeld van het afgebogen licht rondom het zwarte gat in sterrenstelsel M87.

Voor het eerst is het astronomen gelukt om een portret te maken van een zwart gat. Of beter gezegd: van de schaduw ervan. Een internationaal team met onder anderen astronomen van de Radboud Universiteit heeft dat beeld woensdagmiddag aan de wereld gepresenteerd. De  onderliggende resultaten zijn verschenen in zes wetenschappelijke artikelen in het vaktijdschrift Astrophysical Journal Letters.

De bijzondere ‘foto’, die als een wetenschappelijke doorbraak wordt beschouwd, zoomt in op het centrum van het sterrenstelsel M87. Dit is een zogeheten elliptisch reuzenstelsel op 55 miljoen lichtjaar afstand dat tien keer zoveel sterren bevat als ons eigen Melkwegstelsel. Het centrale zwarte gat van M87 blijkt 6,5 miljard keer zoveel massa te hebben als onze zon en behoort daarmee tot de ‘zwaarste’ die we kennen.

Computersimulatie van een zwart gat dat materie aantrekt. Rond de schaduw van het zwarte gat is het vervormde beeld van de omringende accretieschijf te zien.

Foto Bronzwaer / Davelaar / Moscibrodzka / Falcke / Radboud University

Een zwart gat is – heel kort geformuleerd – een object in de ruimte dat dermate veel massa (en dus zwaartekracht) heeft dat niets eraan kan ontsnappen, zelfs licht niet. Tot nu toe beschikten astronomen alleen over indirecte aanwijzingen voor het bestaan van deze objecten, zoals de aantrekkingskracht die zij op sterren en gas in hun naaste omgeving uitoefenen. Van zichzelf zenden zwarte gaten nu eenmaal geen licht of andere waarneembare vormen van straling uit.

De massa van een zwart gat is in feite geconcentreerd in een oneindig klein volume. Daaromheen bevindt zich de zogeheten waarnemingshorizon, in het Engels event horizon genoemd, een bolvormig gebied van waaruit niets kan ontsnappen. Bij het superzware zwarte gat in M87 heeft de waarnemingshorizon een middellijn van iets minder dan 40 miljard kilometer. Deze ‘horizon’ is op zijn beurt weer omgeven door een draaiende schijf van hete materie die licht en andere vormen van straling uitzendt.

Lichtstralen opgeslokt

De donkere vlek op de nu gepresenteerde foto is niet de waarnemingshorizon, maar een 2,5 keer zo groot gebied rond het zwarte gat dat de ‘schaduw’ wordt genoemd. Deze laatste ontstaat doordat lichtstralen die van ons uit gezien van vlak achter het zwarte gat komen, worden ‘opgeslokt’. Tegelijkertijd worden lichtstralen die net buiten de waarnemingshorizon weten te blijven zodanig afgebogen dat ze de lichtkrans rond het donkere silhouet versterken. Het resultaat is de dichtste benadering van een foto van een zwart gat die astronomen kunnen bereiken.

Het lijkt misschien vreemd dat de astronomen ervoor hebben gekozen om het centrale zwarte gat van zo’n ver sterrenstelsel in beeld te brengen. In het centrum van ons eigen Melkwegstelsel, dat 2.000 keer zo dichtbij is, bevindt zich immers ook een zwart gat, ‘Sgr A*’. Dat exemplaar heeft echter ruim 1.500 keer zo weinig massa en een navenant kleinere waarnemingshorizon. Vanaf de aarde gezien zijn de twee zwarte gaten dus ongeveer even klein: ruwweg een bankpasje afstand ten opzichte van de maan.

De baanbrekende foto, die goed overeenkomt met theoretische voorspellingen op basis van Einsteins algemene relativiteitstheorie, is het resultaat van een waarnemingscampagne waarbij acht radiotelescopen betrokken waren – van Arizona tot de Zuidpool en van Hawaï tot Spanje. Tezamen vormen zij de Event Horizon Telescope (EHT), die speciaal ontworpen is om zwarte gaten te onderzoeken.

Pannenkoek

In de week voor de presentatie van de foto van het zwarte gat gingen de meeste media er eigenlijk van uit dat (ook) een afbeelding van Sgr A* zou worden getoond. Maar dat gebeurde dus niet. Tijdens de drukbezochte bijeenkomst die woensdagmiddag aan de Radboud Universiteit voor pers en andere belangstellenden werd georganiseerd, werd hierover meer uitleg gegeven.

De waarnemingen van Sgr A* worden gehinderd door het feit dat het zwarte gat in ons Melkwegstelsel veel variabeler is dan dat M87. Deze laatste heeft gedurende een nacht van waarnemingen een constante intensiteit. Daarbij komt nog dat de Melkweg, zoals astronoom Daan van Rossum het formuleerde, een pannenkoek is. En net als Sgr A* bevinden we ons in die pannenkoek, waardoor er veel hinder wordt ondervonden van het stof tussen het zwarte gat en ons.

Volgens professor Gijs Nelemans, hoofd van de afdeling astrofysica van de Radboud Universiteit en bestuurslid van de EHT, heeft er nog een factor meegespeeld. „De massa van het zwarte gat in M87 was tot nu toe niet zo goed bekend. De vrees bestond dat het ‘maar’ 3 miljard zonsmassa’s zwaar zou zijn, en dan zou de schaduw te klein zijn geweest voor ons onderzoek.” Sommige astronomen, onder wie EHT-voorzitter Heino Falcke, vreesden dan ook het ergste: „Ik geloofde pas dat het zwarte gat in M87 zo groot is, toen ik de EHT-opname zag”, aldus Falcke vanuit Brussel.

„Het is dus niet toevallig dat we eerst met M87 zijn gekomen”, zegt Nelemans. „Maar er wordt hard aan Sgr A* gewerkt – het heeft alleen nog wat meer tijd nodig.” Er komt binnenkort een belangrijke toevoeging aan het EHT-netwerk, in de vorm van nieuwe telescopen op Groenland en in Afrika. Ook wordt al gedacht aan twee radiotelescopen in een baan om de aarde, die de beeldkwaliteit van de EHT nog verder zouden verbeteren. Verder onderzoek zal moeten uitwijzen of de beide zwarte gaten zo goed overeenkomen met theoretische voorspellingen op basis van Einsteins algemene relativiteitstheorie als voorlopig het geval lijkt.

Lees over zwaartekrachtgolven: Wemelt het heelal van de onzichtbare zwarte gaten?