Onderzoekers proberen een zwart gat te fotograferen en niemand weet wat ze zullen vinden. “Misschien dat het universum ons wel verbaast.”

Een foto maken van het superzware zwarte gat Sagittarius A* in het midden van ons sterrenstelsel om Einsteins relativiteitstheorie te testen: dat is wat het BlackHoleCam-team, samen met instituten in Noord- en Zuid-Amerika en Azië (het Event Horizon Telescope project), probeert te doen. Het internationale team van astrofysici wil zo Einsteins relativiteitstheorie – die onze zwaartekracht beschrijft – testen. Jordy Davelaar, PhD student in astrofysica aan de Radboud Universiteit in Nijmegen, maakt deel uit van dit team. In een moderne teleconferentiekamer met grote schermen en camera’s praat hij over het project.

Hoe maak je een foto van een ‘onzichtbaar’ zwart gat? Lees er hier alles over!

Niemand weet wat er gevonden wordt
Davelaar ontwikkelt modellen die beschrijven hoe ‘ons’ zwarte gat, Sagittarius A*, eruit zou zien als Einsteins theorie klopt. “Door theoretische modellen te vergelijken met observaties van de Event Horizon Telescoop kunnen we uitzoeken of Einstein 100 jaar geleden gelijk had.” Maar niemand weet zeker wat ze zullen vinden. Davelaar: “Misschien dat het universum ons wel verbaast.”


Video van een simulatie van het superzware zwarte gat Sagittarius A* in het midden van ons sterrenstelsel. Gemaakt door J. Davelaar, M. Mościbrodzka, T. Bronzwaer & H. Falcke, BlackHoleCam.

De eerste foto
In april maakte het team de eerste foto met behulp van een netwerk van telescopen over de hele wereld (zie kader hieronder). Maar het zal nog wel even duren voordat het team de foto van het zwarte gat kan laten zien. De data van de verschillende telescopen moet eerst nog gecombineerd worden om zo een virtuele telescoop te vormen ter grootte van de aarde. Deze techniek heet Very Long Baseline Interferometry (VLBI).

Afbeelding: ESO / José Francisco Salgado (josefrancisco.org).

Het netwerk van telescopen
De onderzoekers maakten gebruik van verschillende telescopen, waaronder ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Chili, IRAM 30m in Spanje, de LMT (Large Millimeter Telescope) in Spanje en de SPT (South Pole Telescope) op de Zuidpool. Hoewel de gebruikte telescopen over de hele wereld verspreid zijn, zit er toch een ‘gat’ in het netwerk. In de toekomst hopen de onderzoekers dat gat op te vullen door een telescoop te bouwen in Namibië. Davelaar legt het belang van die telescoop als volgt uit: “We gebruiken de aarde als zijnde een grote telescoop. Dus als de aarde ronddraait, en Amerika en Europa staan meer dan de achterkant, dan kunnen maar een paar telescopen meten, doordat in Afrika geen radiotelescopen staan. Dat zorgt ervoor dat de kwaliteit van je beeld een stuk minder is.” Door de nieuwe telescoop in Namibië “is het alsof je een betere camera hebt.” Davelaars professor Heino Falcke droomt al van het bouwen van telescopen in de ruimte om de fotokwaliteit nog meer te verbeteren. In de ruimte is er geen atmosfeer die de foto kan vertroebelen. En omdat je de positie van de telescopen in de ruimte kunt aanpassen, ben je niet gebonden aan specifieke locaties op aarde. Davelaar: “Dat zou nóg mooier zijn. Maar dat is echt toekomstmuziek.”

Grote vraag is natuurlijk wat er – als alle data straks gecombineerd is – op de eerste foto van een zwart gat te zien zal zijn. De onderzoekers verwachten dat de foto de accretieschijf zal laten zien: een plasma van materie die met extreem hoge snelheden om het zwarte gat wervelt. In het midden zal de schaduw van het zwarte gat te zien zijn: hier is materie maar heel kort aanwezig, omdat het bijna meteen het zwarte gat ingezogen wordt. Er is dus maar heel weinig tijd waarin deze materie kan oplichten op een foto, waardoor dit deel erg donker of zelfs zwart zal zijn op de foto.

“Einsteins theorie is erg mooi en elegant”

Of toont de foto iets heel anders?
Als de foto er niet uitziet zoals Einsteins relativiteitstheorie voorspelt, mist er ineens een fundamenteel deel van ons begrip van het universum. Maar Davelaar is optimistisch: “Einsteins theorie is erg mooi en elegant. Als je ziet wat voor testen het al doorstaan heeft en als je kijkt naar hoe mooi de zwaartekrachtsgolven overeenkomen met wat hij ook al voorspelde, dan geeft dat wel indicaties. Maar hoe zit dat dan bij zo’n superzwaar zwart gat waar de zwaartekracht erg sterk is?” De foto van Sagittarius A* kan het eerste directe bewijs zijn van het bestaan van een superzwaar zwart gat in het centrum van onze Melkweg; een type zwart gat dat mogelijk in veel centra van sterrenstelsels aanwezig is. Het kan ons iets leren over hoe de natuurkunde werkt op plekken waar de zwaartekracht extreem sterk is.

Zwart gat als een draaikolk

Net als water in de gootsteen, vormt materie die in een zwart gat valt een soort draaikolk-structuur. In die draaikolk trekt het water zo hard aan je, dat je niet meer kunt ontsnappen. In het geval van een zwart gat zou je – als je te dicht bij het midden komt – sneller moeten gaan dan het licht om aan deze trekkracht te kunnen ontsnappen. Maar dat is onmogelijk. Dit is ook de reden dat zwarte gaten zwart zijn: licht kan niet meer ontsnappen. De grens tussen waar licht nog kan ontsnappen en waar het in het zwarte gat gezogen wordt, heet de ‘event horizon’ of waarnemingshorizon. ‘The point of no return’.

Onvoorstelbare applicaties
Hoe zit het dan met de baten voor de maatschappij? “Het testen van de relativiteitstheorie in extreme condities rond een zwart gat brengt nog geen directe applicaties voor onze levens op aarde met zich mee. Maar als je kijkt naar hoe technologische vooruitgang in de geschiedenis geboekt is, begon dat altijd met fundamenteel onderzoek: je bent nieuwsgierig naar hoe de werkelijkheid om je heen in elkaar zit. Daar vloeien applicaties uit, die je in het begin helemaal niet voor mogelijk had gedacht.” Nu al leert dit project ons iets over hoe we met gigantische hoeveelheden data om moeten gaan (petabytes, vele honderden of zelfs duizenden harde schijven zoals die in je computer zitten). Ondanks dat toekomstige applicaties niet te voorspellen zijn, is Davelaar ook hier optimistisch: “Einstein heeft zijn theorie niet ontwikkeld om GPS te laten werken, maar zonder zijn theorie hadden we het nu niet gehad.”

De eerste waarnemingsrun werd in april afgerond. En daarmee is het lange wachten op dat eerste kiekje nu echt begonnen. Het doet niets af aan het enthousiasme van Davelaar. “Het is een heel mooie tijd om in het project in te stappen. Men is er al ruim 20 jaar mee bezig. Ik begon 1 september en in april waren al de eerste metingen. Ik viel met m’n neus in de boter.”

Anne Kwak is masterstudent wetenschapscommunicatie aan de Technische Universiteit Delft. In haar studie wil ze zich vooral gaan richten op het strategisch inzetten van communicatie. Voor haar stage bij de gemeente Eindhoven gaat ze bijvoorbeeld aan de slag om een communicatieadvies te schrijven met communicatieactiviteiten voor projecten die onder het klimaatplan vallen. Hiernaast heeft Anne een master in de ecologie behaald, en is ze erg geïnteresseerd in de natuur, stadsecologie en duurzaamheid.