Site Overlay

De meeste beelden van zwarte gaten zijn illustraties. Dit is wat onze telescopen werkelijk vastleggen.

Update: In april 2019 publiceerden wetenschappers de allereerste afbeelding van een zwart gat. Je kunt het hier bekijken, en meer te weten komen over hoe deze historische afbeelding tot stand kwam.

Onmogelijk dicht, diep en krachtig, zwarte gaten onthullen de grenzen van de fysica. Niets kan er aan ontsnappen, zelfs licht niet.

Ondanks dat zwarte gaten de verbeelding prikkelen als weinig andere concepten in de wetenschap, is de waarheid dat geen enkele astronoom er daadwerkelijk een heeft gezien. We hebben ze als het ware “gehoord”, want wetenschappers hebben de gravitatiegolven (letterlijke rimpelingen in de ruimtetijd) geregistreerd die afkomstig zijn van zwarte gaten die miljarden jaren geleden met elkaar in botsing zijn gekomen.

Maar elke foto die je hebt gezien van een donkere massa die de ruimtetijd kromtrekt… nou, dat is slechts een illustratie. Zoals deze:

NASA/Goddard

Dit kan binnenkort veranderen. Op 10 april zal een samenwerkingsverband genaamd de Event Horizon Telescope de resultaten bekendmaken van een poging om een beeld te krijgen van het superzware zwarte gat in het centrum van ons melkwegstelsel. De National Science Foundation omschrijft de resultaten als “baanbrekend”. En als er een beeld wordt geproduceerd, zal dat een opmerkelijke prestatie zijn. Want hoe massief zwarte gaten ook zijn, ze zijn eigenlijk ongelooflijk moeilijk van dichtbij te zien.

Waarom geen enkele astronoom ooit een zwart gat met een telescoop heeft gezien

Zwarte gaten worden geboren wanneer massieve sterren in elkaar storten en een gebied van zwaartekracht creëren dat zo intens is dat zelfs licht niet aan zijn greep kan ontsnappen. Astronomen speculeren ook dat sommige zwarte gaten in het vroege chaotische heelal na de oerknal kunnen zijn gevormd.

Het grootste probleem bij het proberen een zwart gat te zien, is dat zelfs de supermassieve (met massa’s die miljoenen keren zwaarder zijn dan onze zon) relatief klein zijn.

“De grootste aan de hemel is het zwarte gat in het centrum van de Melkweg,” legde Dimitrios Psaltis, een astrofysicus aan de Universiteit van Arizona, in een e-mail uit. “En er een foto van maken zou gelijk staan aan het maken van een foto van een DVD op het oppervlak van de maan.”

Wat meer is, vanwege hun sterke zwaartekracht, hebben zwarte gaten de neiging om omringd te zijn door andere heldere materie die het moeilijk maakt om het object zelf te zien.

Dat is de reden waarom astronomen bij de jacht op zwarte gaten meestal niet proberen voor directe waarneming. In plaats daarvan zoeken ze naar bewijs voor de effecten van de zwaartekracht en straling van een zwart gat.

“We meten meestal de banen van sterren en gas die rond zeer donkere ‘vlekken’ aan de hemel lijken te cirkelen en meten hoeveel massa er in die donkere vlek zit,” zegt Psaltis. “Als we geen ander astrofysisch object kennen dat zo massief en zo donker kan zijn als wat we zojuist hebben gemeten, beschouwen we dit als een zeer sterk bewijs dat daar een zwart gat ligt.”

We hebben echter wel indirecte beelden van zwarte gaten

Enkele van de beste indirecte beelden van zwarte gaten komen van het Chandra X-ray Observatory. “De wrijving en de hoge snelheden van materiaal dat zich vormt uit een zwart gat produceert natuurlijk röntgenstraling,” zei Peter Edmonds, een NASA-astrofysicus en communicatiespecialist die met Chandra werkt. En Chandra is een ruimtetelescoop die speciaal is ontworpen om die röntgenstraling te zien.

Het Chandra observatorium heeft bijvoorbeeld deze röntgen-“oprispingen” gedocumenteerd die afkomstig zijn van de fusie van twee melkwegstelsels op ongeveer 26 miljoen lichtjaar afstand. De astrofysici vermoeden dat deze oprispingen afkomstig zijn van een massief zwart gat:

Ook de fuchsia klodders op deze afbeelding zijn regio’s met intense röntgenstraling, waarvan gedacht wordt dat het zwarte gaten zijn die gevormd zijn toen twee melkwegstelsels (de blauwe en roze ringen) op elkaar botsten:

Röntgenstraling: NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optisch: NASA/STScI

Hier zijn röntgenstralen en geluidsgolven afkomstig uit het centrale gebied van de Perseus-melkwegcluster – meer indirect bewijs voor een zwart gat:

En in deze GIF zag de Chandra-telescoop een grote röntgenvlam afkomstig van het zwarte gat waarvan vermoed wordt dat het in het centrum van het Melkwegstelsel ligt.

NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

En hier is een uitgezoomd beeld van die röntgenvlam.

Een uitgezoomd beeld van de röntgenvlam vanuit het centrum van de Melkweg.

Er kunnen zelfs wel 20.000 kleinere zwarte gaten zijn die het massieve zwarte gat in het centrum van ons melkwegstelsel omringen.

Recentelijk vond een team van onderzoekers bewijs van een dozijn zwarte gaten binnen drie lichtjaar van het galactische centrum. In de volgende röntgenfoto zijn ze in blauw aangegeven.

Nature

Zwarte gaten geven alleen röntgenstraling af als ze materie consumeren (zoals van een naburige ster). Maar deze gorgelende zwarte gaten zijn eigenlijk vrij zeldzaam. Het komt vaker voor dat zwarte gaten niet detecteerbaar zijn. Maar het feit dat wetenschappers deze twaalf “heldere” zwarte gaten hebben gevonden, suggereert dat er tienduizenden meer in dit gebied zijn.

We kunnen zien hoe zwarte gaten enorme stralen materie het heelal in spuwen

Deze samengestelde opname (een combinatie van gegevens van de Hubble en een radiotelescoop) laat zien hoe stralen energie en materie uit het centrum van het Hercules A sterrenstelsel worden geslingerd. Deze stralen schieten weg met bijna de snelheid van het licht, waarmee de ontzagwekkende vernietigende kracht van zwarte gaten wordt aangetoond.

NASA/Hubble

De volgende afbeelding toont massieve stralen die worden verondersteld weg te stuwen van het zwarte gat in het centrum van Centaurus A, een sterrenstelsel op 13 miljoen lichtjaar afstand. De jets zijn langer dan het sterrenstelsel zelf.

ESO/WFI (zichtbaar); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (microgolf); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (röntgen)

Astronomen hebben sterren waargenomen die rond schijnbaar zwarte gaten draaien

We kunnen een zwart gat niet zien. Maar we kunnen wel de effecten van de extreme zwaartekracht van een zwart gat op de voorwerpen eromheen waarnemen. Hier is een heel coole illustratie daarvan.

Je kijkt naar 20 jaar gegevens over de sterren die leven in de buurt van het superzware zwarte gat in het centrum van het Melkwegstelsel, genaamd Sagittarius A* (hardop uitgesproken is het “Sagittarius A-ster”). En ja, sterren – sommige vele malen massiever dan onze zon – draaien eromheen.

Hier is een andere kijk op hetzelfde verschijnsel. Deze video bevat 16 jaar observaties van de European Southern Observatory, of ESO. Dit is geen animatie – het zijn echte beelden van sterren versneld met een factor 32 miljoen. Kijk hoe ze rond een mysterieus leeg centrum dansen.

ESO/MPE

De ster S2, die in de eerste video met een gele lijn is aangegeven, is ongeveer 15 keer zo massief als onze zon. Dat is groot. Maar dat is nog niets vergeleken met het zwarte gat, dat naar schatting zo’n 4 miljoen keer zo zwaar is als onze zon. De zwaartekracht die het produceert zweept S2’s baan op tot ongeveer 11 miljoen mijl per uur, dat is ongeveer 200 keer de snelheid waarmee de aarde rond de zon draait. S2 legt één baan af in ongeveer 16 aardjaren. Onlangs zagen astronomen S2 voorbij Sagittarius A* gaan met een snelheid van meer dan 15,5 miljoen mijl per uur. Dat is meer dan 4.300 mijl per seconde, of bijna 3% van de lichtsnelheid. (De waarneming bewees opnieuw dat Einsteins zwaartekrachttheorie klopt.)

We hebben dit zwarte gat nog niet rechtstreeks waargenomen, maar wetenschappers vermoeden dat het er is. “Deze banen, en een eenvoudige toepassing van de Wetten van Kepler, leveren het beste bewijs tot nu toe voor een superzwaar zwart gat, dat een massa heeft van 4 miljoen keer de massa van de zon,” legt de Galactic Center Group van UCLA uit, die de animatie produceerde.

Recentelijk kregen wetenschappers hun beste stukje bewijs tot nu toe dat Sagittarius A* inderdaad een superzwaar zwart gat is. Rond de tijd dat Ster S2 het zwarte gat van dichtbij passeerde, waren ESO-astronomen getuige van korte, krachtige gasvlammen die uit de accretieschijf kwamen. Dit is het gebied rond het zwarte gat waar materie aan flarden wordt gescheurd door de intense zwaartekracht, maar nog niet in het zwarte gat is gevallen.

Verder berekeningen toonden aan dat deze vlammen met ongeveer 30% van de lichtsnelheid bewogen, en eens in de 45 minuten een baan om het zwarte gat draaiden (waarbij een enkele baan zo’n 150 miljoen mijl beslaat). Alleen een superzwaar zwart gat kan zo’n heftige, krachtige beweging verklaren. De waarnemingen, zo meldt de ESO, “komen precies overeen met theoretische voorspellingen voor hot spots die in de buurt van een zwart gat van vier miljoen zonsmassa’s draaien.”

Daarnaast vermoeden astronomen, dat de vlam zich zeer dicht bij de rand van het zwarte gat bevond – de event horizon – waarachter geen licht kan ontsnappen.

Hier ziet u een computersimulatie van hoe de gassen om het zwarte gat draaien.

ESO/Gravity Consortium/L. Calçada

We kunnen een zwart gat nog niet zien. Maar we kunnen ze wel horen botsen.

Als twee zwarte gaten botsen, ontketenen ze een enorme golf van zwaartekracht.

Als twee zwarte gaten botsen, ontketenen ze een enorme zwaartekrachtsgolf. Maar tegen de tijd dat ze de aarde 1,4 miljard jaar later bereiken, zijn die golven heel zwak geworden (zoals de rimpelingen van een steen die in een vijver valt, zachter worden naarmate je verder van de steen af komt).

Maar de afgelopen jaren hebben wetenschappers deze rimpelingen kunnen beluisteren met LIGO en VIRGO, enorme, wereldwijde experimenten die deze minuscule rimpelingen in de ruimtetijd kunnen detecteren.

Omdat de golven die LIGO detecteert een frequentie hebben die vergelijkbaar is met het bereik van frequenties die wij kunnen horen, kunnen wetenschappers het volume opvoeren en ze vertalen in geluid. (Ja, dit is niet precies hoe het klinkt, maar eerder een audioweergave van de gegevens. En ja, de gebeurtenis zou geen geluid hebben gemaakt in het vacuüm van de ruimte.)

Beluister ze hier.

Weldra kunnen we een echt zwart gat zien

Omdat het zwarte gat in het centrum van ons melkwegstelsel, Sagittarius A*, zo relatief klein is, en omgeven door zoveel occluderend materiaal, is er een enorme telescoop nodig om het te zien. Volgens Nature zou er een telescoop nodig zijn die 1000 keer krachtiger is dan de Hubble-telescoop om genoeg resolutie te krijgen om hem te zien.

Een internationale inspanning, de Event Horizon Telescope genaamd, is een poging om dit probleem op te lossen. Conventionele optische telescopen gebruiken steeds grotere spiegels om objecten te zien die steeds verder weg in het heelal liggen. De Event Horizon-telescoop doet iets soortgelijks: het creëert een virtuele telescoop ter grootte van de hele aarde.

In april 2017 verbond het Event Horizon-team radiotelescopen op meerdere locaties over de hele wereld – zo ver weg als Hawaï en de Zuidpool – en instrueerde ze allemaal om een paar dagen in de richting van Sagittarius A* te kijken. Het netwerk is het resultaat van een internationale samenwerking van 14 onderzoeksinstellingen over de hele wereld.

Tot elkaar hebben deze acht telescopen het vermogen om “de steken op een honkbal van 8.000 mijl afstand te tellen”, zoals MIT uitlegt. De array genereerde zo’n enorme hoeveelheid gegevens dat het efficiënter was om de gegevens van elk van de telescopen naar een gecentraliseerde locatie te vliegen dan om ze via internet over te brengen.

Jarenlang zijn de wetenschappers bezig geweest om al die gegevens aan elkaar te naaien. De hoop is dat het uiteindelijke beeld de waarnemingshorizon zal tonen, de grens waarachter geen licht kan ontsnappen. Die horizon wordt waarschijnlijk omgeven door een accretieschijf, een heldere, ongelooflijk energieke ring van materie die rond het zwarte gat wervelt. Het zou er ongeveer zo uit kunnen zien.

Hotaka Shiokawa / Event Horizon Telescope

Watch: Waarom elke foto van een zwart gat een illustratie is

Miljoenen wenden zich tot Vox om te begrijpen wat er in het nieuws gebeurt. Onze missie is nog nooit zo belangrijk geweest als op dit moment: empowerment door begrip. Financiële bijdragen van onze lezers zijn een essentieel onderdeel van de ondersteuning van onze middelen-intensieve werk en helpen ons om onze journalistiek gratis voor iedereen te houden. Help ons om ons werk voor iedereen gratis te houden door een financiële bijdrage te leveren vanaf slechts $3.

Wetenschap van het dagelijks leven

Een wetenschapper over de grote verantwoordelijkheid van het gebruik van oud DNA om de menselijke geschiedenis te herschrijven

Politiek & Beleid

Miami Beach legt een voorjaarsvakantie avondklok op temidden van drukte en Covid-19 zorgen

Natuurrampen

Een 6,000 jaar slapende IJslandse vulkaan is net uitgebarsten – en het is geweldig

Bekijk alle verhalen in Wetenschap & Gezondheid

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.