Door gebruik te maken van een kortere golflengte van 0,87 mm hebben wetenschappers de hoogste resolutie ooit vanaf de aarde bereikt, wat zorgt voor scherpere en meer gedetailleerde beelden van deze kosmische reuzen.
De Event Horizon Telescope (EHT) werd in 2019 in één klap beroemd toen het de eerste directe afbeelding van een zwart gat, M87*, vastlegde. In 2022 volgde een foto van Sgr A*, het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg. Hoewel deze prestaties indrukwekkend waren, leggen de onderzoekers de lat nu nog hoger. De beelden waren destijds nog wat wazig, maar dat probleem lijken ze nu te hebben opgelost.
Wazig
Dat onderzoekers er in geslaagd waren om zwarte gaten te fotograferen, was een buitengewone prestatie. Maar volgens hen is er altijd ruimte voor verbetering. “Met de EHT kregen we de eerste beelden van zwarte gaten door radiogolven bij 230 GHz op te vangen,” legt mede-auteur Alexander Raymond uit. “Maar de heldere ring die zichtbaar werd, veroorzaakt door licht dat buigt door de zwaartekracht van het zwarte gat, bleef wazig omdat we toen al op het maximale niveau van scherpte zaten dat we konden bereiken.”
Hoge resolutie
Om beelden met een hogere resolutie te krijgen, hebben astronomen twee mogelijkheden: de afstand tussen radiotelescopen vergroten of waarnemingen doen bij een hogere frequentie. Omdat de EHT al de grootte van de aarde heeft, konden ze de resolutie van hun waarnemingen alleen verbeteren door het frequentiebereik uit te breiden. En dat is precies wat ze nu voor elkaar hebben gekregen, zo melden ze in het vakblad The Astronomical Journal.
345 GHz
Om te laten zien dat waarnemingen bij hogere frequenties mogelijk zijn, hebben onderzoekers testwaarnemingen uitgevoerd van verre, heldere sterrenstelsels. En ze slaagden erin het licht van deze verre sterrenstelsels op te vangen bij een frequentie van ongeveer 345 GHz, wat neerkomt op een golflengte van 0,87 mm. “Om te begrijpen waarom dit zo’n doorbraak is, kun je het vergelijken met het verschil in details tussen zwart-witfoto’s en kleurenfoto’s,” legt onderzoeker Sheperd Doeleman uit. “Deze nieuwe ‘kleurvisie’ helpt ons om de invloed van Einsteins zwaartekracht te scheiden van het hete gas en de magnetische velden die de zwarte gaten voeden en krachtige jets uitzenden die over enorme afstanden in het sterrenstelsel reizen.”
Subarrays
In plaats van de volledige EHT-array te gebruiken, maakte het team gebruik van twee kleinere subarrays, waaronder ALMA en het Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) in de Atacama-woestijn in Chili. Tijdens dit proefexperiment bereikten ze een detailniveau van 19 microboogseconden, wat de hoogste resolutie is die ooit vanaf de aarde is behaald. Ondanks de sterke detecties van licht uit verschillende verre sterrenstelsels, konden ze nog geen beelden maken omdat er niet genoeg antennes waren om een nauwkeurig beeld uit de gegevens te reconstrueren.
Zwarte gaten
Dankzij deze ‘upgrade’ zullen er nog veel meer mysteries over zwarte gaten ontraadseld kunnen worden. Met de volledige array kan de EHT namelijk details zien tot wel 13 microboogseconden, wat gelijk staat aan het zien van een flesdop op de maan vanaf de aarde. “Bij 345 GHz zullen onze beelden veel scherper en gedetailleerder zijn,” benadrukt Raymond. “Dit zal waarschijnlijk nieuwe eigenschappen onthullen, zowel die we eerder hadden voorspeld als mogelijk enkele nieuwe ontdekkingen.” De onderzoekers verwachten dat de foto’s van zwarte gaten ongeveer 50 procent scherper zullen zijn en ook meerkleurige beelden zullen opleveren. Dit betekent dat het gebied net buiten de rand van nabije superzware zwarte gaten duidelijker zichtbaar zal zijn. “Door veranderingen in het omringende gas op verschillende golflengten te bestuderen, kunnen we beter begrijpen hoe zwarte gaten materie aantrekken en opnemen, en hoe ze krachtige jets kunnen afvuren die over enorme afstanden in het sterrenstelsel reiken,” stelt Doeleman. Bovendien zullen ze meer zwarte gaten kunnen afbeelden dan voorheen mogelijk was.
De recente testwaarnemingen van de EHT markeren dan ook een belangrijke doorbraak in het vermogen om superzware zwarte gaten met ongekende helderheid en detail in beeld te brengen. Het stelt astronomen bovendien niet alleen in staat om bekende zwarte gaten beter te bestuderen, maar opent ook nieuwe mogelijkheden om kleinere en verder weg gelegen zwarte gaten waar te nemen. Daarnaast is de EHT met deze stap ook weer dichterbij het ambitieuze doel om gedetailleerde films van de omgeving van zwarte gaten te maken, wat ons begrip van deze nog altijd raadselachtige kosmische reuzen verder zal uitbreiden. “De succesvolle waarneming van de EHT bij 345 GHz is een belangrijke wetenschappelijke mijlpaal,” aldus Lisa Kewley, directeur van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian en het Smithsonian Astrophysical Observatory. “Door de resolutie naar nieuwe grenzen te brengen, realiseren we de ongekende helderheid in de beelden van zwarte gaten die we aanvankelijk beloofden, en zetten we nieuwe, hogere standaarden voor grondgebonden astrofysisch onderzoek.”
