Het was een historisch moment toen in 2019 de eerste foto van een zwart gat bekend werd gemaakt. De afbeelding ging de hele wereld over. Nu hebben wetenschappers een veel scherpere foto weten te maken. 

Ze hebben met behulp van nieuwe rekenkundige algoritmes en telescoopdata een close-up gemaakt van een superzwaar zwart gat. Er is een scherpe, roodoranje ring te zien, afkomstig van fotonen die om de achterkant van het gigantische zwarte gat heen draaien.

Op de foto uit 2019 is een zwarte kern te zien, waar een vurig aura van ruimtemateriaal omheen cirkelt, terwijl het naar de kern wordt toegezogen. De wetenschappers die hiervoor verantwoordelijk waren, geloofden dat er nog scherpere beelden uit de beschikbare data konden worden gecreëerd en met een nieuwe methode is dat nu gelukt.

Dit is de originele afbeelding uit 2019 van het M87* zwarte gat:

Zwart gat. Foto: Event Horizon Telescope (EHT) / ESO

Feloranje gloed van fotonen
Een groep wetenschappers van het Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts in Amerika hebben een slim algoritme ontwikkeld en dit gecombineerd met de eerdere theoretische voorspellingen, om zo de originele beelden van het superzware zwarte gat te ‘remasteren’. Na het draaien van vele simulaties werd duidelijk dat er achter die feloranje gloed een dunne, felle lichtring schuilgaat. Deze ring bestaat uit fotonen die onder invloed van de immense zwaartekracht achter het zwarte gat langs vliegen.

In 2017 ving de Event Horizon Telescope (EHT) de eerste beelden op van het gigantische zwarte gat in het centrum van sterrenstelsel Messier 87* (M87*) in het sterrenbeeld Maagd. De geschatte massa van dit zwarte gat is zo’n zeven miljard zonmassa’s, oftewel twee biljard (2.000.000.000.000.000) keer zwaarder dan de aarde.

Theorie en praktijk komen samen
De onderzoeksresultaten, gepubliceerd in het vakblad The Astrophysical Journal, kloppen met de theoretische voorspellingen en geven een nieuwe kijk op deze mysterieuze ruimteobjecten. Wetenschappers denken dat superzware zwarte gaten, die mogelijk ontstaan door het versmelten van verschillende zwarte gaten, in het centrum van bijna alle sterrenstelsels zijn te vinden. Zo heeft ons Melkwegstelsel ook een superzwaar zwart gat in het centrum, genaamd Sagittarius A*. Dit zwarte gat is relatief klein voor een superzwaar zwart gat, maar is erg dynamisch.

“We hebben onze theoretische kennis over de werking van zwarte gaten ingezet en een aangepast model met slimme algoritmes kunnen maken om de EHT-data verder te kunnen visualiseren”, zegt sterrenkundige en coauteur Dominic Pesce van Harvard University. “Ons model ontleedt het gereconstrueerde beeld in de twee delen waar we het meest aan hebben. Daarna kunnen we beide delen afzonderlijk minutieus bestuderen.”

Staal en computercode
“Voor de zoektocht naar kennis van zwarte gaten is de EHT onontbeerlijk. Maar minstens zo belangrijk als het staal waar de telescopen uit zijn opgebouwd, zijn de rekenkundige algoritmes waarmee we de data ordenen en interpreteren”, legt onderzoeksleider Avery Broderick uit. “Door de nieuwe algoritmes kunnen we een veel scherpere resolutie bereiken en worden de EHT-data optimaal benut.”

“Het visuele beeld bestaat uit allerlei laagjes, die over elkaar heen worden gelegd. We halen er telkens weer een laagje van af. Zo komen we steeds meer te weten over de omgeving van het zwarte gat”, aldus medeonderzoeker Hung-Yi Pu.

Focus met nanoprecisie
Er werd lang gedacht dat zwarte gaten niet te zien waren met een telescoop, maar dit veranderde toen het EHT-netwerk zich volledig ging richten op deze mysterieuze ruimteobjecten. De EHT bestaat uit acht observatoria op vier verschillende continenten, die allemaal op dezelfde plek staan gericht en tot op de nanoseconde gelijklopen met elkaar. Op deze manier zijn twee zwarte gaten gevonden in 2017, in M87* en in ons eigen Melkwegstelsel.

“We zijn bezig een verbeterde versie van de EHT te ontwikkelen, met meer telescopen en een betere kwaliteit en kwantiteit van data en beelden. Zo kunnen we meer te weten komen over superzware zwarte gaten. Eigenlijk hebben we sinds 2017 pas een glimp opgevangen van deze geweldige fenomenen”, reageert onderzoeker Paul Tiede. Hij gaat de komende jaren samen met de andere leden van het EHT-team van Harvard University’s Black Hole Initiative verder duiken in de wondere wereld van superzware zwarte gaten.

Op de Harvard-site zijn de verscherpte lage en hoge resolutieplaatjes, geschoten door de Event Horizon Telescope, te vinden:

Verscherpt zwart gat. Foto: Broderick et al. 2022, ApJ, 935, 61