Dezelfde astronomen die de allereerste foto van een zwart gat maakten, presenteren nu een nieuwe spectaculaire afbeelding.

Bijna twee jaar geleden was het wereldnieuws: astronomen waren erin geslaagd om een zwart gat – of nauwkeuriger gezegd: de schaduw van de waarnemingshorizon – te fotograferen. Deze foto leverde het onomstotelijke bewijs dat zwarte gaten bestaan. Dezelfde onderzoeksgroep gaat nu weer een stapje verder. Want dit keer hebben ze de magnetische velden aan de rand van hetzelfde zwarte gat in beeld gebracht.

Gepolariseerd licht
Nadat het de onderzoekers gelukt was om een directe opname van het zwart gat – dat zich in het hart van het sterrenstelsel M87 bevindt – te maken, besloten ze dieper in de verzamelde data te duiken. En daaruit rolde een interessante conclusie. Zo blijkt dat een aanzienlijke fractie van het licht rond dit zwarte gat gepolariseerd is.

Meer over gepolariseerd licht
Licht wordt gepolariseerd wanneer het door bepaalde filters gaat. Denk aan de glazen van een gepolariseerde zonnebril. Wanneer zonnestralen reflecteren op vlakke oppervlaktes (wegen, ruiten, water, sneeuw, etc.), ontstaat er een oogverblindende schittering, die het zicht belemmert. Polariserende glazen filteren schitteringen eruit en maken kleuren en contrasten beter zichtbaar. Op dezelfde manier kunnen astronomen hun zicht op de omgeving van een zwart gat verbeteren door te kijken hoe het daarvan afkomstige licht gepolariseerd is. Meer specifiek stelt polarisatie astronomen in staat om de magnetische veldlijnen langs de rand van het zwarte gat in kaart te brengen.

Om het hart van het sterrenstelsel M87 goed te observeren, besloten de astronomen acht telescopen verspreid over de wereld met elkaar te verbinden, zodat er een virtuele telescoop ter grootte van de aarde gecreëerd werd. Met de indrukwekkende resolutie die zo verkregen wordt, zou je de lengte kunnen meten van een creditcard die op het oppervlak van de maan ligt.

Afbeelding
Uiteindelijk slaagden de onderzoekers er op deze manier in om een nieuwe afbeelding van het zwarte gat in het centrum van M87 te vervaardigen. En op deze beelden is te zien hoe het zwarte gat er in gepolariseerd licht uitziet. Wederom een mijlpaal. Want het is voor het eerst dat astronomen erin slagen om polarisatie – een kenmerk van magnetische velden – zo dicht bij de rand van een zwart gat te meten. “De polarisatie van licht bevat informatie die meer inzicht geeft in de fysica achter de foto die we in april 2019 hebben gezien,” aldus onderzoeker Iván Martí-Vidal. Zo laten de nieuwe beelden bijvoorbeeld duidelijk zien dat de ring gemagnetiseerd is.

Afbeelding van het zwarte gat in het centrum van M87, waarop het zwarte gat in gepolariseerd licht te zien is. Afbeelding: EHT Collaboration

Aan de hand van deze waarnemingen hopen astronomen te kunnen verklaren hoe het 55 miljoen lichtjaar verre sterrenstelsel in staat is om energetische jets vanuit zijn kern uit te stoten. Deze heldere jets van energie en materie die in de kern van M87 ontspringen en zich tot op minstens 5000 lichtjaar uitstrekken, zijn één van de meest raadselachtige kenmerken van het sterrenstelsel. Hoe dat precies zit? De meeste materie die zich dicht bij de rand van het zwarte gat bevindt, valt naar binnen. Maar sommige deeltjes weten aan de kracht te ontsnappen en worden in de vorm van jets ver de ruimte in gespuwd. De vraag is echter hoe het kan dat jets groter dan het sterrenstelsel zelf kunnen worden gelanceerd vanuit een centraal gebied dat kleiner is dan ons zonnestelsel. Bovendien weten we ook niet precies hoe materie in het zwarte gat valt. “De nu gepubliceerde polarisatie-afbeeldingen zijn cruciaal voor ons begrip van hoe het magnetische veld het zwarte gat in staat stelt om materie ‘op te slokken’ en krachtige jets te lanceren,” vertelt onderzoeker Andrew Chael. Dat komt omdat de nieuwe opnames van het zwarte gat in gepolariseerd licht onthullen hoe het gebied er vlak buiten het zwarte gat uitziet. En dat is precies de plek waar de interactie tussen naar binnen stromende en naar buiten geblazen materie plaatsvindt.

Structuur
De afbeeldingen verschaffen nieuw inzicht in de structuur van de magnetische velden rondom het zwarte gat. “De waarnemingen suggereren dat de magnetische velden aan de rand van het zwarte gat sterk genoeg zijn om het hete gas terug te duwen,” verklaart onderzoeker Jason Dexter. “Bovendien helpt het om de zwaartekracht te weerstaan. Alleen gas dat door het veld heen glipt kan naar de waarnemingshorizon toe spiralen.”

Het betekent dat onderzoekers nu nieuw, cruciaal bewijs hebben gevonden dat ons zal helpen begrijpen hoe magnetische velden rond zwarte gaten zich gedragen. Ook kunnen we dankzij de nieuwe waarnemingen onze kennis uitbreiden over hoe de activiteit in dit zeer compacte stukje ruimte krachtige jets kan aandrijven die zich tot ver buiten het sterrenstelsel uitstrekken. Maar mogelijk liggen er nog veel meer spectaculaire ontdekkingen in het verschiet. “Dankzij technologische upgrades en de toevoeging van nieuwe telescopen boeken we snelle vooruitgang,” zegt onderzoeker Jongho Park. “We verwachten dat toekomstige waarnemingen de magnetische veldstructuur rond het zwarte gat nauwkeuriger zullen tonen. Bovendien hopen we dat dit ons meer zal vertellen over de fysica van het hete gas in dit gebied.”