En daarmee is het nu officieel bewezen: zwarte gaten bestaan.

Bestaan zwarte gaten? Het lijkt misschien een beetje een rare vraag. Maar dat is het niet, zo vertelde onderzoeker Ciriaco Goddi, verbonden aan de Radboud Universiteit, een paar jaar geleden aan Scientias.nl. “Ondanks het feit dat de meeste mensen – waaronder zelfs kinderen – van zwarte gaten gehoord hebben, weten we niet of ze bestaan. We hebben nog nooit een zwart gat gezien.” Het vermoeden dat zwarte gaten bestaan, is gebaseerd op indirecte waarnemingen en theorieën. Zo wordt de aanwezigheid van een vermoedelijk zwart gat momenteel bijvoorbeeld afgeleid uit de wijze waarop materie en straling zich rondom dat vermoedelijke zwarte gat gedraagt. Maar het zwarte gat zélf zien en misschien zelfs fotograferen: dat wilde maar niet lukken.

Virtuele telescoop
Maar daar is nu dus verandering in gekomen. Onderzoekers zijn er namelijk in geslaagd om een zwart gat – of nauwkeuriger gezegd: de schaduw van de waarnemingshorizon – te fotograferen. Ze slaagden daarin door bestaande radiotelescopen wereldwijd samen te laten werken, zodat een gigantische virtuele telescoop ontstond.


Afbeelding: EHT Collaboration.

“Wetenschappers van over de hele wereld hebben samengewerkt,” aldus Anton Zensus, voorzitter van het Event Horizon Project, dat deze foto heeft gemaakt. Het is “een mijlpaal binnen de sterrenkunde, bereikt met een team van meer dan tweehonderd onderzoekers uit achttien landen,” voegt EHT-projectdirecteur Sheperd S. Doeleman toe. Op de resulterende foto (je ziet ‘m hierboven) schittert de schaduw van het zwart gat in het centrum van Messier 87, een zwaar sterrenstelsel in de Virgocluster. Het zwarte gat staat op een afstand van 55 miljoen lichtjaar van de aarde en is 6,5 miljard keer zo zwaar als onze zon.

Wat is de waarnemingshorizon?
Een zwart gat is eigenlijk niets anders dan een enorme hoeveelheid materie die in een heel klein gebied verzameld is. Het resultaat is een supersterk zwaartekrachtsveld. Wanneer materie of licht te dicht bij het zwarte gat in de buurt komt, kan het onmogelijk meer aan de greep van dit zwaartekrachtsveld ontsnappen. De grens tussen ‘te dicht bij een zwart gat’ en ‘te ver van een zwart gat verwijderd’ wordt de waarnemingshorizon genoemd. Wanneer licht of materie die grens overgaat, is ontsnappen niet langer mogelijk. “De waarnemingshorizon is een ‘eenrichtingsmembraan’ waardoor fotonen (maar ook andere deeltjes) binnen kunnen gaan, maar niet meer weg kunnen,” aldus Goddi. “Daarom lijkt de waarnemingshorizon ook donker.” De theorie vertelt ons dat materiaal dat in een zwart gat valt, straling afgeeft alvorens het verdwijnt. Vandaar dat onderzoekers ook verwachtten dat de waarnemingshorizon een donkere en scherpe schaduw op die heldere ring van licht werpt. En die schaduw hebben onderzoekers nu gefotografeerd. Daarmee is het bestaan van de waarnemingshorizon en dus het bestaan van zwarte gaten bewezen.

Simulaties
Het is onderzoekers dus voor het eerst gelukt om een directe opname te maken van een zwart gat. En wat daarop te zien is, komt verrassend goed overeen met wat de onderzoekers verwacht hadden. “We hebben de foto ook vergeleken met supercomputersimulaties van verschillende modellen van zwarte gaten. Deze simulaties sluiten verrassend goed aan op de waarnemingen en maken het mogelijk om de eigenschappen van het zwarte gat te bepalen,” vertelt onderzoeker Heino Falcke. “Vorm en grootte van de schaduw passen perfect bij wat we hadden verwacht op basis van Einsteins algemene relativiteitstheorie en het bestaan van een waarnemingshorizon.”

Een computersimulatie van een zwart gat dat materie aantrekt. de waarnemingshorizon zie je in het hart van de afbeelding. Rond de schaduw van het zwarte gat zie je de omringende draaiende accretieschijf. Afbeelding: Bronzwaer / Davelaar / Moscibrodzka / Falcke / Radboud Universiteit.

Met deze eerste foto van een zwart gat is volgens Falcke een nieuw tijdperk aangebroken. Een tijdperk “waarin de ultieme grens van ruimte en tijd geen abstract concept meer is, maar een meetbare realiteit. Om de gevoeligheid te verhogen willen wij het EHT-netwerk uitbreiden en een millimetertelescoop in Afrika bouwen. Gelukkig hebben wij daar nu al de eerste steun van verschillende partijen en zelfs bedrijven voor.”