eso2208-eht-mwnl-be — Onderzoekspersbericht

Astronomen onthullen eerste opname van het zwarte gat in het hart van ons Melkwegstelsel

12 mei 2022

Vandaag hebben astronomen tijdens gelijktijdige persconferenties over de hele wereld – onder meer in het hoofdkwartier van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in Duitsland – de eerste foto gepresenteerd van het superzware zwarte gat in het centrum van ons eigen Melkwegstelsel. De opname levert het overtuigende bewijs dat het object inderdaad een zwart gat is, en geeft waardevolle informatie over de werking van deze reuzen, waarvan wordt aangenomen dat zij in de centra van de meeste sterrenstelsels te vinden zijn. De afbeelding is gemaakt door een mondiaal onderzoeksteam, de Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, dat gebruik maakt van waarnemingen met een wereldwijd netwerk van radiotelescopen.

De foto biedt een langverwachte blik op het enorme object dat zich in het centrum van ons Melkwegstelsel bevindt. Wetenschappers hadden al eerder sterren in een baan om een onzichtbaar, compact en zeer massarijk object in het Melkwegcentrum zien draaien. Dit wekte het sterke vermoeden dat het object, dat bekendstaat als Sagittarius A* (of Sgr A* – spreek uit als ‘Sag-A-ster’), een zwart gat is, en de vandaag gepresenteerde opname levert het eerste directe visuele bewijs daarvoor. 

Hoewel we het zwarte gat zelf 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, dat vier miljoen keer zoveel massa heeft als onze zon.

We waren stomverbaasd dat de grootte van de ring zo goed overeenkwam met de voorspellingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie,’ zegt EHT-projectwetenschapper Geoffrey Bower van het Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei. ‘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.’ De resultaten van het EHT-team worden vandaag gepubliceerd in een speciale uitgave van de Astrophysical Journal Letters.

Omdat het zwarte gat ongeveer 27.000 lichtjaar van de aarde verwijderd is, lijkt het aan onze hemel ongeveer zo groot als een donut op de afstand van de maan. Om dit object in beeld te kunnen brengen, heeft het team de krachtige EHT opgezet: 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 [1]. De EHT heeft Sgr A* gedurende meerdere nachten in 2017 waargenomen, waarbij vele uren achtereen gegevens werden verzameld.

Naast andere faciliteiten omvat het EHT-netwerk de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en het Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) in de Atacama-woestijn in Chili, die mede-eigendom zijn van, en namens haar Europese lidstaten worden beheerd door ESO. Andere Europese bijdragen aan de EHT-waarnemingen zijn geleverd door de IRAM 30-meter telescoop in Spanje en, sinds 2018, de NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) in Frankrijk, alsmede de supercomputer waarmee de EHT-gegevens zijn gecombineerd, die is ondergebracht bij het Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Duitsland. Bovendien heeft Europa, via subsidies van de Europese Onderzoeksraad en de Max Planck Gesellschaft in Duitsland bijgedragen aan het EHT-consortiumproject.

Het is heel opwindend om als ESO al zoveel jaren zo’n belangrijke rol te spelen bij het ontrafelen van de geheimen van zwarte gaten, en van Sgr A* in het bijzonder,’ aldus Xavier Barcons, directeur-generaal van ESO. ‘ESO heeft niet alleen aan de EHT-waarnemingen bijgedragen via de faciliteitenALMA en APEX, maar met haar andere sterrenwachten in Chili ook enkele van de eerdere waarnemingen van het Melkwegcentrum mogelijk gemaakt.[2]

Het nieuwe EHT-resultaat volgt op de in 2019 door de samenwerking vrijgegeven eerste afbeelding van het zwarte gat, M87* geheten, dat zich in het centrum van het veel verder weg gelegen sterrenstelsel Messier 87 bevindt. 

De beide zwarte gaten lijken opvallend veel op elkaar, hoewel het zwarte gat in ons Melkwegstelsel meer dan duizend keer zo klein is en minder massa heeft dan M87* [3]. ‘We hebben hier twee totaal verschillende soorten sterrenstelsels en twee zwarte gaten van sterk verschillende massa’s, maar dicht bij de rand van deze zwarte gaten lijken ze verbazingwekkend veel op elkaar,’ zegt Sera Markoff, medevoorzitter van de EHT Wetenschapsraad en hoogleraar theoretische astrofysica aan de Universiteit van Amsterdam. ‘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.

Hoewel Sgr A* veel dichterbij staat, kostte het nieuwe kunststukje veel meer moeite dan dat van M87*. EHT-wetenschapper Chi-kwan (‘CK’) Chan, van de Steward-sterrenwacht de Vakgroep Astronomie en het Data Science Institute van de Universiteit van Arizona (VS), legt uit: ‘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*. 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.

De onderzoekers moesten verfijnde nieuwe hulpmiddelen ontwikkelen die rekening hielden met de gasbeweging rond Sgr A*. Terwijl M87* een relatief gemakkelijk, stabiel doelwit was, waarbij bijna alle opnamen er hetzelfde uitzagen, was dat bij Sgr A* bepaald niet het geval. De nu gepresenteerde foto, waarop de reus in het centrum van ons Melkwegstelsel voor het eerst te zien is, is dan ook een gemiddelde van de verschillende opnamen die het team heeft verkregen.

De prestatie is te danken aan de vindingrijkheid van meer dan driehonderd onderzoekers van tachtig instituten over de hele wereld, die samen de EHT Collaboration vormen. Naast het ontwikkelen van complexe hulpmiddelen om de uitdagingen van het in beeld brengen van Sgr A* het hoofd te bieden, heeft het team vijf jaar lang moeten ploeteren om, met behulp van supercomputers, zorgvuldig alle gegevens te combineren en te analyseren, en ondertussen een unieke verzameling van nagebootste zwarte gaten op te bouwen, om deze met de waarnemingen te kunnen vergelijken. 

Wetenschappers zijn bijzonder verheugd dat zij eindelijk beelden hebben van twee zwarte gaten van zeer verschillende afmetingen, wat de mogelijkheid biedt om hun onderlinge verschillen en overeenkomsten te leren begrijpen. Ze zijn ook 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.

Nu kunnen we de verschillen tussen deze twee superzware zwarte gaten bestuderen om waardevolle nieuwe aanwijzingen te verkrijgen over hoe dit belangrijke proces in zijn werk gaat,’ zegt EHT-wetenschapper Keiichi Asada van het Instituut voor Astronomie en Astrofysica, Academia Sinica, Taipei. ‘We hebben nu beelden van twee superzware zwarte gaten – één aan de grote kant en één aan de kleine kant – dus kunnen we beter dan ooit tevoren testen hoe de zwaartekracht zich in deze extreme omgevingen gedraagt.

En de EHT blijft vooruitgang boeken: bij een grote waarnemingscampagne in maart 2022 waren meer telescopen betrokken dan ooit tevoren. Dankzij de voortdurende uitbreiding van het EHT-netwerk en aanzienlijke technologische upgrades zullen wetenschappers in de nabije toekomst nog meer indrukwekkende beelden en filmpjes van zwarte gaten kunnen presenteren. 

Noten

[1] De afzonderlijke telescopen die in april 2017, toen de waarnemingen zijn gedaan, aan de EHT deelnamen waren: de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), het Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), de IRAM 30-meter Telescope, de James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), de Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), de Submillimeter Array (SMA), de UArizona Submillimeter Telescope (SMT) en de South Pole Telescope (SPT). Sindsdien heeft het EHT-netwerkt versterking gekregen van de Greenland Telescope (GLT), de NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en de UArizona 12-meter Telescope op Kitt Peak. 

ALMA is een samenwerkingsverband van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO, als vertegenwoordiger van haar lidstaten), de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, tezamen met de National Research Council (Canada), het Taiwanese Ministerie van Wetenschap en Technologie (MOST), het Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA; Taiwan), en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI; Republiek Korea), in samenwerking met de Republiek Chili. Het Joint ALMA Observatory (JAO) wordt beheerd door ESO, het Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) en het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). APEX, een samenwerking tussen het Max-Planck-Institut für Radioastronomie (Duitsland), het Onsala Space Observatory (Zweden) and ESO, wordt beheerd door ESO. De 30-meter Telescope wordt beheerd door IRAM (the IRAM partnerorganisaties zijn MPG [Duitsland], CNRS [Frankrijk] en IGN [Spanje]). De JCMT wordt, namens het National Astronomical Observatory of Japan; ASIAA; KASI; het National Astronomical Research Institute of Thailand; het Center for Astronomical Mega-Science and organisaties in het Verenigd Koninkrijk en Canada, beheerd door het East Asian Observatory. The LMTwordt beheerd door INAOE en UMass, de SMA wordt beheerd door het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian en ASIAA, en de UArizona SMT wordt beheerd door de Universiteit van Arizona. The SPT wordt beheerd door de Universiteit van Chicago, met speciale EHT-instrumentatie die door de Universiteit van Arizona is verschaft. 

De Greenland Telescope (GLT) wordt beheerd door ASIAA en het Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). De GLT maakt deel uit van ALMA-Taiwan project, and wordt deels ondersteund door de Academia Sinica (AS) en MOST. NOEMA wordt beheerd door IRAM en de UArizona 12-meter telescoop op Kitt Peak wordt beheerd door de Universiteit van Arizona. 

[2] Een stevige basis voor de interpretatie van deze nieuwe opname werd geleverd door eerder onderzoek van Sgr A*. Astronomen zijn al sinds de jaren 70 bekend met deze heldere, compacte radiobron in het centrum van het Melkwegstelsel, die in de richting van het sterrenbeeld Sagittarius(Boogschutter) staat. Door over een periode van dertig jaar de banen van verschillende sterren nabij ons galactisch centrum te meten, konden teams onder leiding van Reinhard Genzel (directeur van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bij München, Duitsland) en Andrea M. Ghez (hoogleraar aan de faculteit Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit van Californië te Los Angeles, VS) aantonen dat de meest waarschijnlijke verklaring voor een object van deze massa en dichtheid een superzwaar zwart gat is. Bij dit onderzoek, dat is beloond met de (gedeelde) Nobelprijs voor Natuurkunde 2020, waren diverse ESO-faciliteiten (waaronder de Very Large Telescope en de Very Large Telescope Interferometer) en de Keck-sterrenwacht betrokken. 

[3] Zwarte gaten zijn de enige objecten die we kennen waarbij de massa gelijke tred houdt met de grootte. Een zwart gat dat duizend keer kleiner is dan een ander zwart gat heeft ook duizend keer zo weinig massa.  

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in zes artikelen die vandaag in de Astrophysical Journal Letters zijn gepresenteerd.  

Bij de EHT-samenwerking zijn meer dan driehonderd onderzoekers uit Afrika, Azië, Europa en Noord- en Zuid-Amerika betrokken. Het internationale samenwerkingsverband heeft tot doel om de meest detailrijke opnamen van zwarte gaten ooit te maken door een virtuele telescoop ter grootte van de aarde te maken. Gesteund door aanzienlijke internationale inspanningen verbindt de EHT bestaande telescopen met behulp van nieuwe technieken, waardoor een fundamenteel nieuw instrument ontstaat met het hoogste hoek-oplossende vermogen dat ooit is bereikt.

Het EHT-consortium bestaat uit 13 belanghebbende instituten: de Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, de Universiteit van Arizona, de Universiteit van Chicago, het East Asian Observatory, de Goethe-Universität Frankfurt, het Institut de Radioastronomie Millimétrique, de Large Millimeter Telescope, het Max-Planck-Institut für Radioastronomie, het MIT Haystack Observatory, het National Astronomical Observatory of Japan, het Perimeter Institute for Theoretical Physics, de Radboud Universiteit en het Smithsonian Astrophysical Observatory. 

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, in samenwerking met de Republiek Chili. ALMA wordt gefinancierd door ESO (namens haar lidstaten), door de NSF in samenwerking met de National Research Council of Canada (NRC) en de National Science Council of Taiwan (NSC), en door NINS in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO (namens haar lidstaten); door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat namens Noord-Amerika wordt bestuurd door de Associated Universities, Inc. (AUI), en namens Oost-Azië door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

APEX, het Atacama Pathfinder EXperiment, is een telescoop met een diameter van 12 meter die werkt op millimeter- en submillimeter-golflengten – het gebied tussen infrarood licht en radiogolven. ESO beheert APEX op een van de hoogste sterrenwachten op aarde, op een hoogte van 5100 meter op de Chajnantor-hoogvlakte in de Chileense Atacama-woestijn. De telescoop is een samenwerking tussen het Max-Planck-Institut für Radioastronomy (MPIfR), het Onsala Space Observatory (OSO) en ESO.

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s  Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen: VISTA voor infrarood en de VST voor zichtbaar licht. Op Paranal zal de ESO ook de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren – ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’  – ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving.

Links

•          Hoofdartikelen: 

◦         Artikel I: The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way

◦         Artikel II: EHT and Multi-wavelength Observations, Data Processing, and Calibration

◦         Artikel III: Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole

◦         Artikel IV: Variability, Morphology, and Black Hole Mass

◦         Artikel V: Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole

◦         Artikel VI: Testing the Black Hole Metric

•          Aanvullende artikelen:

◦         Artikel VII: Selective Dynamical Imaging of Interferometric Data

◦         Artikel VIII: Millimeter Light Curves of Sagittarius A* Observed during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign

◦         Artikel IX: A Universal Power Law Prescription for Variability from Synthetic Images of Black Hole Accretion Flows

◦         Artikel X: Characterizing and Mitigating Intraday Variability: Reconstructing Source Structure in Accreting Black Holes with mm-VLBI

•          Webpagina ESO EHT 

•          EHT-website en persbericht 

•          Foto's van ALMA 

•          Foto's van APEX 

Contact

Geoffrey Bower
EHT Project Scientist, Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taipei and University of Hawaiʻi at Mānoa, US
Tel: +1-808-961-2945
E-mail: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, JIVE and University of Leiden
Leiden, The Netherlands
Tel: +31-521-596515
E-mail: huib.van.langevelde@me.com

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mob: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Dit is een vertaling van ESO-persbericht eso2208-eht-mw.

Over dit bericht

Persberichten nr.:eso2208-eht-mwnl-be
Naam:Milky Way Galactic Centre
Type:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Atacama Pathfinder Experiment

Afbeeldingen

De eerste opname van ons zwarte gat
De eerste opname van ons zwarte gat
Hoe de foto van het zwarte gat in het Melkwegcentrum is gemaakt
Hoe de foto van het zwarte gat in het Melkwegcentrum is gemaakt
De Melkweg en de locatie van zijn centrale zwarte gat, gezien vanaf de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
De Melkweg en de locatie van zijn centrale zwarte gat, gezien vanaf de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
De eerste twee foto’s van zwarte gaten naast elkaar
De eerste twee foto’s van zwarte gaten naast elkaar
Vergelijking van de afmetingen van de zwarte gaten M87* en Sagittarius A*
Vergelijking van de afmetingen van de zwarte gaten M87* en Sagittarius A*
Collage van de Event Horizon Telescope-sterrenwachten (bij dag)
Collage van de Event Horizon Telescope-sterrenwachten (bij dag)
Collage van de Event Horizon Telescope-sterrenwachten (bij nacht)
Collage van de Event Horizon Telescope-sterrenwachten (bij nacht)
De eerste opname van ons zwarte gat (met bredere achtergrond)
De eerste opname van ons zwarte gat (met bredere achtergrond)
Locaties van de telescopen die de EHT-array vormen
Locaties van de telescopen die de EHT-array vormen
De EHT, een array van wereldformaat
De EHT, een array van wereldformaat
De maan en de boog van de Melkweg
De maan en de boog van de Melkweg
ALMA en het centrum van de Melkweg
ALMA en het centrum van de Melkweg
APEX ‘krabt’ de hemel
APEX ‘krabt’ de hemel
APEX en een besneeuwde Chajnantor-hoogvlakte
APEX en een besneeuwde Chajnantor-hoogvlakte
Anatomie van een zwart gat
Anatomie van een zwart gat
Overzichtsfoto van het centrum van de Melkweg
Overzichtsfoto van het centrum van de Melkweg
Sagittarius A* in het sterrenbeeld Boogschutter
Sagittarius A* in het sterrenbeeld Boogschutter

Video's

What it Takes to Image a Black Hole
What it Takes to Image a Black Hole
Alleen in het Engels
Inzoomen op Sgr A*, het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel
Inzoomen op Sgr A*, het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel
Vergelijking van de afmetingen van de twee zwarte gaten
Vergelijking van de afmetingen van de twee zwarte gaten
European infrastructure involved in the EHT collaboration
European infrastructure involved in the EHT collaboration
Alleen in het Engels
Videomontage van de sterrenwachten van de Event Horizon Telescope
Videomontage van de sterrenwachten van de Event Horizon Telescope
De EHT, een array van wereldformaat
De EHT, een array van wereldformaat
Size equivalent of the shadow of Sagittarius A*
Size equivalent of the shadow of Sagittarius A*
Alleen in het Engels
Animatie van de radiotelescopen van het EHT-netwerk
Animatie van de radiotelescopen van het EHT-netwerk
Animatie van de Melkweg
Animatie van de Melkweg
Middeling van de beelden van Sagittarius A*
Middeling van de beelden van Sagittarius A*