Tweede ronde voor de Event Horizon Telescope

Te midden van de honderden miljarden sterren in de Melkweg huist een monster. In het centrum van ons sterrenstelsel bevindt zich naar alle waarschijnlijkheid een flink zwart gat dat vier miljoen keer zwaarder is dan de zon: Sagittarius A*. Ondanks de sterke aanwijzingen hebben we het nooit direct waargenomen. Met de Event Horizon Telescope (EHT) hopen astronomen een glimp op te vangen van het zwaarste object in de Melkweg.

Afgelopen april deed het collectief van radiotelescopen dat samen de EHT vormt de eerste metingen. De schotelantennes staan onder andere op Hawaï, Antarctica, in Spanje en de Verenigde Staten. Samen vormen ze een telescoop die zo groot is als de aarde, en het scherpste blikveld ooit heeft.

Na het verzamelen van de data belandden de betrokken wetenschappers van onder andere de Radboud Universiteit in een langdurige fase van het combineren en verwerken van de enorme hoeveelheid data. Dat leverde vooralsnog geen plaatje van het zwarte gat op. Dat verandert hopelijk komend voorjaar, met nieuwe metingen.

Het onzichtbare zichtbaar

Eerst even een stapje terug, want nu denk je: hóe zie je een zwart gat? Het ding is zo zwaar dat in theorie zelfs licht er niet meer uit komt. Per definitie onzichtbaar dus? Het tegendeel is waar. Een zwart gat slokt inderdaad alles – inclusief licht – op dat binnen de zogenoemde waarnemingshorizon komt. Voor Sagittarius A* ligt die op een afstand van ruim twaalf miljoen kilometer (acht procent van de afstand van de aarde naar de zon).

Wat volgens Falcke de klus extra lastig maakt is dat de EHT uit zoveel verschillende telescopen bestaat, die in compleet andere omgevingen opereren. “We hebben telescopen die bestaan uit één schotel, of juist uit een groot aantal schotels. Sommige telescopen zijn in de opbouwfase of worden uitgebreid, wat het systeem weer compleet verandert. Sommige telescopen opereren alleen ‘s nachts, andere ook overdag, wat net als het weer invloed heeft op de metingen. Over de loop van de jaren houden we zelfs rekening met continentale drift, die de afstanden tussen de schotels met een paar centimeter per jaar verandert. In theorie kunnen we de dataverwerking binnen twee weken doen, maar in werkelijkheid duurt het maanden.”

Expres níet kijken

Dus, wat hebben Falcke en wereldwijd pakweg honderdvijftig samenwerkende wetenschappers nu gezien? Het is bijna niet te geloven, maar Falcke zegt dat ze expres nog niet naar Sagittarius A* hebben gekeken. “In de eerste ronde kijken we naar zogenoemde kalibratiebronnen aan de hemel, bijvoorbeeld sterke radiobronnen in andere sterrenstelsels (hoogstwaarschijnlijk ook zwarte gaten – red.)”, zegt Falcke.

“We willen eerst zeker weten dat we alles goed doen. In de volgende ronde in mei gaan we door met kalibreren en willen we een eerste poging doen een beeld van Sagittarius te krijgen. Wat de kwaliteit daarvan zal zijn is moeilijk in te schatten. Simulaties laten zien dat het radiosignaal iedere maand anders is. Het is erg lastig om met die beperkte informatie een goed beeld te vormen.”

Wat we straks gaan zien? Falcke houdt het op ‘een vlek hier, en een vlek daar’. Hij denkt dat er pas een duidelijker beeld ontstaat met metingen van verschillende jaren. “Hopelijk zien we dan echt een soort banaan-achtige structuur, veroorzaakt door lichtdeeltjes die het zwarte gat afbuigt. Bovendien is het zwarte gat als een schaduw zichtbaar”, zegt hij.

Nog groter

Als alles goed gaat kan de EHT net scherp genoeg zien om een ruwe schaduw Sagittarius A* te ontwaren. Ook het zwarte gat in het hart van het sterrenstelsel Messier 87 is te zien. Die staat weliswaar verder weg maar is veel zwaarder. Het mag best een kunststukje heten als het lukt; de EHT probeert details te zien op de schaal van tientallen zogenoemde microarcseconden. Falcke vergelijkt het met het vanuit Nederland waarnemen van een mosterdzaadje in New York.

De betrokken astronomen denken nu al over het verbeteren van de EHT. Het voordeel is dat je makkelijk meer schotels aan het netwerk kan koppelen. De enige voorwaarde is dat ze tegelijkertijd het zwarte gat kunnen zien. Graag zou Falcke nog een telescoop in het hart van Afrika hebben, een locatie met (meestal) een uitstekend zicht op het Melkwegcentrum. “We proberen daar nu een ongebruikte radiotelescoop naartoe te krijgen vanuit Chili”, zegt Falcke. “Daarmee kunnen we het maximaal aantal telescopen waarmee je tegelijk metingen doet opkrikken van vijf naar zes. Dat maakt een enorm verschil.”

Nog later zou Falcke de telescoop graag uitbreiden tot buiten de aarde. “Met maar twee antennes op grote afstand van elkaar in de ruimte is een veel scherper beeld mogelijk”, zegt hij. “Ook kunnen we dan naar een iets hogere radiofrequentie, die de aardatmosfeer tegenhoudt. Dan moeten we echt een scherp plaatje kunnen schieten.”

Waarnemingshorizon

Waarom we eigenlijk zo’n foto proberen te maken? In ieder geval niet (alleen) voor de posters boven onze bedden. Zwarte gaten zijn in veel opzichten de meest ‘extreme’ objecten in het universum: zwaar, omgeven door een sterk gekromde ruimtetijd en hete materie die er met bijna de lichtsnelheid omheen raast. In die zin een perfect laboratorium om de natuurwetten aan de tand te voelen.

“Er zijn verschillende theorieën over de verspreiding van materie rondom een zwart gat. En het is niet duidelijk hoe het wordt verhit en op welke plek het straling uitzendt”, zegt Falcke. “Gebeurt dat wanneer materie in het zwarte gat valt, of als het op de valreep toch naar buiten wordt geslingerd in een van de jets? Dat overkomt een paar procent van de invallende materie.”

Ook testen de wetenschappers Einsteins relativiteitstheorieën. Iets dat de afgelopen honderd jaar al veelvuldig is gedaan, en altijd bleven de theorieën overeind. Maar juist in de extreme omstandigheden in de buurt van een zwart gat kan de hegemonie van Einstein eindigen. “Als er afwijkingen van de relativiteitstheorie zijn, dan is de vraag op welke schaal we ze aantreffen. Gebeurt dat op de schaal van het zwarte gat, of slechts op een enorm kleine afstand? In dat laatste geval zullen we het waarschijnlijk nooit waarnemen”, zegt Falcke.

“Het liefst zien we natuurlijk iets spannends, iets totaal onverwacht”, zegt Falcke. “Maar ik heb veel vertrouwen in de bestaande theorieën. De schaduw van het zwarte gat en de eerder genoemde ‘banaan’ eromheen moeten er zijn, anders hebben we een probleem.”