Dit is de allereerste foto van een zwart gat

We hebben een deel van het universum blootgelegd waarvan we dachten dat het voorheen onzichtbaar was.

Hier is hij dan, de mensheid, de allereerste foto van een zwart gat, gemaakt door een internationale samenwerking van wetenschappers genaamd de Event Horizon-telescoop .

Dit is een foto van het superzware zwarte gat in het centrum van het Messier 87-sterrenstelsel, dat zich op 53,49 miljoen lichtjaar afstand bevindt. Het zwarte gat in het centrum is enorm, zo'n 6,5 miljard keer de massa van onze zon, allemaal vervat in een enkel punt van oneindige dichtheid.



We hebben een deel van het universum blootgelegd waarvan we dachten dat het voorheen onzichtbaar was, zei Sheperd Doeleman, directeur van de Event Horizon Telescope, op de persconferentie die het beeld woensdag aankondigde. De aankondiging viel samen met de publicatie van zes studies over de inspanning om De astrofysische journaalbrieven . Zoals met alle grote ontdekkingen, is dit nog maar het begin.

In het midden van deze afbeelding bevindt zich het zwarte gat M87. Het zichtbare roodachtige en witte licht eromheen is materiaal dat wordt vernietigd door de immense zwaartekracht van het zwarte gat. Dat licht omcirkelt de fotonbaan, een gebied waarbuiten licht mogelijk zou kunnen ontsnappen, maar dat waarschijnlijk niet zal gebeuren. Binnen die fotonbaan bevindt zich de waarnemingshorizon, het gebied waarachter geen licht kan ontsnappen. De grootte en vorm van dit zwarte gat, zeggen de onderzoekers, is precies zoals voorspeld in Einsteins zwaartekrachttheorieën.

Als je naar deze afbeelding kijkt, weet dan dat dit geen object is. Dit is een schaduw, een gootsteen. Het licht in het centrum wordt onherroepelijk uit ons zicht gezogen. De afwezigheid in het beeld betekent dat iets ons waarneembare universum heeft verlaten. Het is echt een opmerkelijk moment voor mensen om zoiets raadselachtigs, zo ver weg en zo ongelooflijk moeilijk vast te leggen te kunnen zien.

Als astrofysicus is dit een spannende dag voor mij. Het is gemakkelijk voor ons om te vergeten dat niemand van ons er ooit een heeft gezien, zei France Córdova, directeur van de National Science Foundation, die het project hielp financieren. Het beeld bracht tranen in mijn ogen; het is een geweldig beeld.

Hoe wetenschappers gebruik maakten van een kosmische kans om een ​​zwart gat te fotograferen

Zwarte gaten zijn zwart omdat de singulariteit al het licht eromheen opzuigt. Elke lichtstraal, elk foton dat in de buurt van het zwarte gat komt, buigt in feite naar het zwarte gat en wordt volledig verwijderd uit het universum zoals wij het kennen, Dimitrios Psaltis , zegt een astrofysicus aan de Universiteit van Arizona en een van de leidende wetenschappers van de inspanning.

Zo werpt het zwarte gat een schaduw op zijn omgeving. Hoewel het zwarte gat geen oppervlak heeft, verwijdert het al het licht dat er dichtbij komt, dus gedraagt ​​het zich als een heel donker object, legt hij uit.

Er is een reden waarom we tot vandaag nog nooit een foto van een zwart gat hebben gezien. Het is niet alleen dat zwarte gaten donker zijn; ze zijn eigenlijk heel klein en worden omringd door helder gas en wervelend materiaal (de M87 black gaten schieten uit een straal heet plasma van meer dan 4.000 lichtjaar lang).

In wetenschappelijk opzicht is de schaduw die wordt geworpen door het zwarte gat van M87 ongeveer 40 microboogseconden breed gezien vanaf de aarde. Een boogseconde is 1/3600ste van een graad. En er zijn 1 miljoen microboogseconden in een boogseconde. Nogmaals: de schaduw die door het zwarte gat wordt geworpen, is klein. Vergeleken met de volle maan is de schaduw van het M87 zwarte gat 46,5 miljoen keer kleiner. Een foto maken van de schaduw die door een superzwaar zwart gat wordt geworpen, is als het nemen van een foto van een wijk in Los Angeles, helemaal vanuit Washington, DC.

Om een ​​foto te maken van zoiets kleins, heb je een enorme telescoop nodig, één zo groot als de aarde. De afbeelding van de Messier 87-melkweg die vandaag is vrijgegeven, is het resultaat van een zeven jaar durende internationale samenwerking, de Event Horizon Telescope, om die telescoop op aarde te bouwen, waarbij 200 wetenschappers en acht observatoria over de hele wereld betrokken zijn.

De Event Horizon Telescope, uitgelegd

Het kritieke moment kwam in april 2017, toen acht radiotelescopen op Antarctica, Groenland, Zuid-Amerika, Noord-Amerika, Hawaï en Europa allemaal hun schotels richtten op het zwarte gat in het centrum van onze melkweg, en op die in het centrum van Messier 87. Dit waren de grootste zwarte gaten waarvan ze dachten dat ze er in april een duidelijke foto van konden maken. Gegevens over het zwarte gat in het centrum van onze melkweg moeten nog worden vrijgegeven.

Ze waren op zoek naar de smalle band van straling die naar verwachting zal worden uitgezonden door de heldere ring van materiaal rond het zwarte gat. En in het midden van de heldere ring hoopten ze het silhouet van het zwarte gat zelf te zien.

Terwijl de aarde draaide, konden ze profiteren van wat Doeleman een kosmische kans noemde, om radiogolven op te vangen die door het zwarte gat werden uitgezonden en uiteindelijk het beeld te creëren dat we vandaag zien.

Elke telescoop legde uiteindelijk een enorme hoeveelheid gegevens vast die moesten worden gecombineerd om het beeld van het centrum van de melkweg te onthullen. Als de National Science Foundation verklaart , werden deze acht telescopen veranderd in een virtuele gigantische parabolische schotel.

Denk aan een eenvoudige spiegeltelescoop. Daarin reflecteert het gebogen oppervlak van een spiegel het licht terug naar een centraal punt, waar een afbeelding in beeld wordt gebracht. De Event Horizon Telescope doet iets soortgelijks. Wanneer de EHT-sites worden gesynchroniseerd, kunnen hun opnames later perfect worden uitgelijnd op dezelfde manier als de spiegel het optische licht uitlijnt, de National Science Foundation legt uit in een video .

De werkelijke wiskunde bij het aan elkaar naaien van een afbeelding lijkt sterk op wat een MRI-scanner of een CAT-scan doet bij het in kaart brengen van de binnenkant van uw lichaam, Psalter zegt. Een CAT-scan maakt röntgenfoto's van uw hele hoofd en gebruikt vervolgens wiskunde om het te ontrafelen en te zien wat er in uw hoofd zit. De Event Horizon Telescope deed iets soortgelijks met het zwarte gat.

Nationale Wetenschaps Instituut

Maar deze synchronisatie is echt moeilijk. Een deel van de reden waarom deze aankondiging al twee jaar in de maak is, is omdat de gegevensbestanden te groot waren om digitaal te worden overgedragen. De harde schijven moesten uit de observatoria worden gevlogen om te worden verwerkt. En de dataset op Antarctica was maandenlang onbereikbaar door de barre winterse omstandigheden.

Een andere reden is dat de wetenschappers rekening moeten houden met de rotatie van de aarde. Omdat de aarde draait, bewegen de afzonderlijke observatoria die deel uitmaken van de Event Horizon Telescope ook, waardoor een soort vervaging in de gegevens wordt geïntroduceerd. Er waren extreem nauwkeurige atoomklokken voor nodig - nauwkeurig tot op een fractie van een biljoenste van een seconde - op elk van de observatoriumlocaties om ervoor te zorgen dat alle gegevens op één lijn zouden komen en het resulterende beeld duidelijk zou zijn.

Om dit beeld te laten bestaan, moesten een groot aantal factoren precies goed op elkaar aansluiten

Er moesten zoveel dingen goed gaan om dit beeld te laten bestaan, Seth Fletcher, de auteur van Einsteins schaduw , een boek waarin de inspanning van de Event Horizon Telescope wordt beschreven, wordt in het boek uitgelegd.

Er moest wat straling uit de rand van het zwarte gat komen en het moest de aarde bereiken zonder uit de koers te raken of te worden afgesloten door een hemellichaam. Het is toeval dat de juiste maat telescoop om dit zwarte gat te zien, de grootte van de aarde is. Als astronomen een telescoop nodig hadden die groter was dan de aarde, zouden ze pech hebben.

Dan komt de menselijke samenwerking: acht observatoria over de hele wereld moesten hun klokken in een absurd specifieke mate synchroniseren.

En dan is er gewoon geluk. Je moet op al die plaatsen helder weer hebben - acht verschillende locaties met helder weer op een bepaalde nacht op een moment dat de aarde zo is georiënteerd dat al die telescopen het zwarte gat tegelijkertijd kunnen zien, zegt Fletcher.

Dit ene beeld vertegenwoordigt dat alles samenkomen.

hoeveel procent van de zwarte mensen heeft op Trump gestemd?

De grootste opwinding in mijn gedachten is de ontdekking, de eureka-plek, Psalter zegt. Ik weet zeker dat vele andere keren in de menselijke geschiedenis, mensen iets voor de eerste keer zagen ... en wat je ziet, kun je niet ongezien. Dit is het voor de rest van de mensheid, voor de rest van de menselijke geschiedenis.

Wat is het volgende? Nou, misschien kunnen wetenschappers een telescoop bouwen die nog groter is dan de aarde, door ruimtetelescopen toe te voegen aan de Event Horizon-array, en de nog kleinere zwarte gaten dichter bij ons zonnestelsel te zien. En op deze manier kunnen we soortgelijke experimenten doen met misschien 10, 20 of 30 zwarte gaten in het nabije universum, zegt Psaltis.

Zwarte gaten zijn belangrijk om te bestuderen omdat ze de meest extreme gebieden van ons universum vertegenwoordigen, waar fundamentele theorieën zoals algemene relativiteitstheorie en kwantummechanica op de proef worden gesteld. Deze foto is nog maar het begin.