Astronomen (en de hele mensheid) hebben vakantie: de eerste foto van een zwart gat wordt gepresenteerd. Het is gemaakt met behulp van de Event Horizon Telescope (EHT), een virtuele telescoop die bestaat uit verschillende radiotelescopen over de hele wereld. De afbeelding toont materiaal rond een superzwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel op 55 miljoen lichtjaar afstand. En ja, een zwart gat is geconcentreerde fysica, gekke zwaartekrachtverschijnselen op de rand van de mogelijke en de onmogelijke, extreme omstandigheden (je kunt hier meer lezen over hoe zwarte gaten werken). Maar er zijn verschillende vragen.
Is een zwart gat moeilijk te zien omdat het zwart is?
Niet. Dat wil zeggen, ja. Het is waar: zwarte gaten zijn zwart. Meestal zien we allerlei soorten sterren en alles, omdat het licht dat ze uitzenden onze telescopen bereikt (of direct in onze ogen) en we het registreren. Zwarte gaten zijn echt zwart. Ze zenden geen zichtbaar licht uit (vanwege complexe zwaartekrachttrucs), dus ze zijn niet te zien.
Maar dit is geen groot probleem. Als we een zwart gat in ons zonnestelsel hadden, zou je het zien. Je zou de kromming van de ruimte zien door zijn aanwezigheid en je zou de substantie zien die rond deze trechter draait. Als je de film Interstellar hebt gezien, toont deze ruwweg een visualisatie van een zwart gat - het werd gedaan met de hulp van astrofysicus Kip Thorne.
Het zwarte gat is moeilijk te zien omdat het klein is. Oké, niet zo klein als een mier bijvoorbeeld. Ze is klein in de zin dat een persoon klein is vanaf een kilometer afstand. De beste term zou hoekgrootte zijn. Als je je hoofd in een cirkel draait, krijg je een 360 graden zicht rondom (maar vergeet niet ook je lichaam te draaien, anders buig je je nek). Als je je duim op armlengte houdt, is dat ongeveer een halve graad in een hoek. De maan heeft ongeveer dezelfde hoekgrootte, dus je kunt hem met je duim bedekken.
Hoe zit het met de grootte van het zwarte gat? Ja, het is enorm. Het is ook 55 miljoen lichtjaar verwijderd. Dit betekent dat het 55 miljoen jaar zal duren voordat licht zover is gekomen. Het is ongelooflijk ver weg. Maar de hoekige afmeting verhindert ons echt. Een zwart gat (althans het zichtbare deel) heeft een hoekgrootte van ongeveer 40 microseconden.
Wat is een microarxseconde? Zoals je weet, is de cirkel opgesplitst in graden (en dat is al heel lang zo). Elke graad kan worden onderverdeeld in 60 boogminuten en elke minuut is 60 boogseconden. Als je een boogseconde in een miljoen delen deelt, krijg je een microseconde. Weet je nog dat de hoekgrootte van de maan 0,5 graden is (gezien vanaf de aarde)? Dit betekent dat de hoekgrootte van de maan 45 miljoen keer groter is dan de grootte van een zwart gat. Het zwarte gat is klein in termen van zijn hoekige afmeting.
Promotie video:
Maar dat is niet alles. Vanwege diffractie kunnen we dingen met kleine hoekafmetingen niet zien. Wanneer licht door een opening gaat (bijvoorbeeld door een telescoop of in het oog), wordt het verstrooid. Het buigt zo dat het de rest van het licht dat door het gat valt, verstoort. In het geval van het oog betekent dit dat mensen objecten kunnen onderscheiden met een hoekmaat van ongeveer 1 boogminuut.
En dat betekent ook dat zoiets kleins als een zwart gat moeilijk in een foto te vangen is.
Hoe de diffractielimiet te overwinnen?
Laten we toegeven. Dingen met kleine hoekige afmetingen zijn echt moeilijk te zien - hoe kunnen we dan het materiaal rond een zwart gat zien? De hoekresolutie van een telescoop hangt eigenlijk maar van twee dingen af: de grootte van het gat en de golflengte van het licht. Het gebruik van kortere golflengten (zoals ultraviolette straling of röntgenstraling) geeft een betere resolutie. Maar in dit geval gebruikt de telescoop de golflengte van licht in het millimeterbereik. Dit is een vrij lange golflengte vergeleken met zichtbaar licht, dat in het bereik van 500 nanometer ligt.
En dit betekent dat de enige manier om de diffractielimiet te overwinnen, is door de telescoop groter te maken. Dat is wat ze deden met de Event Horizon Telescope. In feite is het een telescoop ter grootte van de aarde. Waanzin, maar waar. Door gegevens te verzamelen van meerdere telescopen in verschillende delen van de wereld, kunt u de gegevens combineren om er gegevens van één GIANT-telescoop van te maken. Toegegeven, je moet het proberen. Maar er zijn ook problemen met deze methode. Met slechts een paar telescopen gebruikt het EHT-team een aantal analytische technieken om de meest waarschijnlijke afbeelding van de verzamelde gegevens te maken. Dus slaagden ze erin om materiaal rond het zwarte gat te "tekenen".
Is dit een echte foto van een zwart gat?
Als je door een telescoop kijkt en Jupiter ziet, zie je eigenlijk Jupiter. Opmerking: als u dit nog niet heeft gedaan, probeer het dan zeker eens. Dat is cool. Zonlicht weerkaatst van het oppervlak van Jupiter en reist vervolgens door een telescoop in je oog. Boom. Jupiter. Hij is echt.
Maar met een zwart gat zijn de dingen een beetje anders. Het beeld dat u ziet, bevindt zich niet eens in het zichtbare bereik. Dit is een radiobeeld gemaakt op basis van de golflengten van licht. Wat is het verschil tussen radiogolven en gewoon zichtbaar licht? In feite zit het verschil alleen in de golflengte.
Licht- en radiogolven zijn elektromagnetische golven. Dit is de voortplanting van een veranderend elektrisch veld samen met een veranderend magnetisch veld (gelijktijdig). Deze golven reizen met de snelheid van het licht - omdat ze licht zijn. Omdat radio- en zichtbaar licht echter verschillende golflengten hebben, hebben ze een verschillende wisselwerking met materie. Zet je de radio thuis aan, dan ontvang je een signaal van het dichtstbijzijnde radiostation. Deze radiogolven reizen dwars door de muren. En de zichtbare gaan niet voorbij.
Hetzelfde geldt voor afbeeldingen. Als u zichtbaar licht van een object heeft, kunt u dit met uw oog zien en dit beeld opnemen op film of met een digitale recorder. Deze afbeelding kan vervolgens op een computerscherm worden weergegeven en in feite worden bekeken. Dit is hoe je een foto van de maan kunt zien.
Wat betreft het materiaal rond het zwarte gat, dit is geen zichtbaar beeld. Dit is een radiobeeld. Elke pixel in de afbeelding vertegenwoordigt een specifieke golflengte, maar radiogolven. De oranje delen zijn afbeeldingen in valse kleuren van de golf van 1 millimeter. Hetzelfde gebeurt wanneer we een afbeelding in het infrarood of ultraviolet bereik willen "zien". We moeten deze golflengten converteren naar wat we kunnen zien.
Dus deze opname van een zwart gat is geen gewone foto.
Ilya Khel
