Met de adembenemende foto is nu onomstotelijk bewezen dat ons melkwegstelsel daadwerkelijk een zwart gat herbergt.

Enkele jaren geleden schreven astronomen geschiedenis toen ze de eerste foto van een zwart gat maakten. En nu komt daar weer een primeur bij. Voor het eerst is namelijk het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg op beeld vastgelegd. En met de foto is onomstotelijk bewezen dat ons melkwegstelsel – zoals verondersteld – een zwart gat huisvest.

Dit is de eerste foto van Sgr A*, het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel. Het is het eerste directe visuele bewijs voor het bestaan van dit zwarte gat. Afbeelding: EHT Collaboration

De foto biedt een langverwachte blik op het enorme object dat zich in het centrum van ons Melkwegstelsel bevindt. Want hoewel we al sinds ongeveer halverwege de 20e eeuw weten dat er in het hart van onze Melkweg een ‘zwaar object’ te vinden is, duurde het nog tot 2002 voordat voor het eerst voorzichtig werd geopperd dat het weleens om een zwart gat kon gaan. Pas in 2020 leverden astrofysicus Reinhard Genzel samen met astronoom Andrea Ghez het meest overtuigende bewijs dat het centrum van de Melkweg een superzwaar zwart gat herbergt. Het leverde hen de Nobelprijs voor Natuurkunde op.

Sagittarius A*
Het zwarte gat waar we het over hebben, heet Sagittarius A* (afgekort Sgr A*). Het object bevindt zich op ongeveer 25.800 lichtjaar afstand van onze moederster, in de richting van het sterrenbeeld Boogschutter (Sagittarius). Het zwarte gat heeft een gewicht van vier miljoen keer de massa van onze zon.

De foto
Het maken van een foto van een zwart gat is niet bepaald eenvoudig. Zwarte gaten stralen namelijk geen licht uit. Hierdoor kunnen onderzoekers alleen hun ‘schaduw’ of ‘silhouet’ fotograferen die veroorzaakt wordt door de zwaartekrachtsbuiging van licht onder extreme zwaartekracht. Hoewel we dus ook Sgr A* niet kunnen waarnemen omdat het volkomen donker is, laat het gloeiende gas eromheen een karakteristieke signatuur zien: een donker centraal gebied (de zogeheten schaduw), omgeven door een heldere ringvormige structuur. Deze ring bestaat uit licht dat is afgebogen door de sterke zwaartekracht van het zwarte gat. “We waren stomverbaasd dat de grootte van de ring zo goed overeenkwam met de voorspellingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie,” zegt onderzoeker Geoffrey Bower. “Deze ongekende waarnemingen hebben ons begrip van wat zich in het centrum van ons Melkwegstelsel afspeelt sterk verbeterd, en leveren nieuwe inzichten op over de wijze waarop deze reusachtige zwarte gaten met hun omgeving wisselwerken.”

Beelden vervaardigen
Om de foto te vervaardigen, maakten onderzoekers gebruik van een netwerk van acht bestaande radiosterrenwachten, verspreid over de hele wereld, die met elkaar verbonden zijn tot één virtuele telescoop ter grootte van de aarde. Deze afzonderlijke telescopen zijn op afgelegen plekken en op grote hoogte geplaatst. Hun opgenomen signalen worden vervolgens gecombineerd en verwerkt om het uiteindelijke beeld te verkrijgen.

Deze afbeelding toont de locaties van enkele van de telescopen die samen de EHT vormen, en geven een impressie van de lange basislijnen tussen de telescopen. Afbeelding: ESO/L. Calçada

De foto van Sgr A* volgt op de al eerder gemaakte foto van een zwart gat in 2019. Op die foto schittert de schaduw van het zwarte gat in het centrum van Messier 87 (kortweg M87*), 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. De foto was een wereldprimeur. Want hoewel wetenschappers tot dan toe wel vermoedden dat zwarte gaten bestaan, was dit slechts gebaseerd op indirecte waarnemingen en theorieën. Met de foto van het zwarte gat – of nauwkeuriger gezegd: de schaduw van de waarnemingshorizon – was het definitieve bewijs voor het bestaan van zwart gaten officieel geleverd.

Vergelijkingen
Wetenschappers zijn bijzonder verheugd dat ze eindelijk beelden hebben van twee zwarte gaten van zeer verschillende afmetingen. Dit biedt namelijk de mogelijkheid om hun onderlinge verschillen en overeenkomsten te leren begrijpen. De beide zwarte gaten lijken overigens opvallend veel op elkaar, hoewel het zwarte gat in ons Melkwegstelsel meer dan duizend keer zo klein is en minder massa heeft dan M87*. “We hebben hier twee totaal verschillende soorten sterrenstelsels en twee zwarte gaten van sterk verschillende massa’s,” vertelt onderzoeker Sera Markoff. “Maar dicht bij de rand van deze zwarte gaten lijken ze toch verbazingwekkend veel op elkaar. Dit vertelt ons dat deze objecten van dichtbij door de algemene relativiteitstheorie worden geregeerd, en dat alle verschillen die we verder ervandaan zien te wijten moeten zijn aan verschillen in het materiaal dat de zwarte gaten omringt.”

Lastig
Hoewel Sgr A* veel dichterbij staat, kostte het toch veel meer moeite om dit zwarte gat op beeld vast te leggen dan destijds met M87*. Waarom? “Het gas in de buurt van de zwarte gaten beweegt met dezelfde snelheid – bijna net zo snel als het licht – om Sgr A* en M87*,” legt onderzoeker Chi-kwan Chan uit. “Maar waar het gas er dagen tot weken over doet om een rondje om het zwarte gat M87* te draaien, duurt een omloop om het veel kleinere zwarte gat Sgr A* luttele minuten. Dit betekent dat de helderheid en het patroon van het gas rond Sgr A* tijdens de waarnemingen snel veranderden –  een beetje alsof je een scherpe foto probeert te maken van een puppy die zijn eigen staart achterna jaagt.” Bovendien is het centrale gebied van ons melkwegstelsel vanaf de aarde lastig te zien. Dat komt door de aanwezigheid van veel interstellair stof dat ons zicht belemmert.

Doel bereikt
Met de foto van Sgr A* is er weer een belangrijk doel bereikt. Onderzoekers streven er namelijk naar om de directe omgeving van een zwat gat rechtstreeks waar te nemen. Dergelijke waarnemingen bieden de beste manier om de sterke zwaartekrachteffecten die worden verwacht in de buurt van een zwart gat direct te onderzoeken en om de ingewikkelde dynamiek van de materie te traceren die bijna met de lichtsnelheid om het zwarte gat draait. Onderzoekers zijn dan ook alvast begonnen om de nieuwe gegevens te gebruiken om de theorieën en modellen te toetsen die beschrijven hoe gas zich rond superzware zwarte gaten gedraagt. Dit gedrag wordt nog niet volledig begrepen, maar aangenomen wordt dat het een sleutelrol speelt bij de vorming en evolutie van sterrenstelsels.

Al met al verschaft de nieuwe foto van het zwarte gat in het hart van ons melkwegstelsel waardevolle informatie over de werking van deze reuzen, waarvan wordt aangenomen dat zij in de centra van de meeste sterrenstelsels te vinden zijn. “We hebben nu beelden van twee superzware zwarte gaten – één aan de grote kant en één aan de kleine kant,” zegt onderzoeker Keiichi Asada. “Dit betekent dat we beter dan ooit tevoren kunnen testen hoe de zwaartekracht zich in deze extreme omgevingen gedraagt.”