Nu het sterrenkundigen is gelukt om de eerste foto van een zwart gat te maken, staat de volgende uitdaging voor de deur: nog scherpere foto’s waarmee Einsteins relativiteitstheorie getest kan worden. Sterrenkundigen van de Radboud Universiteit, onder andere samen met de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA), presenteren nu een concept om dat te doen door radiotelescopen de ruimte in te sturen. Ze presenteren hun plannen in het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
Het idee is om twee of drie satellieten in een cirkelbaan rond de aarde te brengen die zwarte gaten gaan waarnemen. De sterrenkundigen noemen het concept de ‘Event Horizon Imager’ (EHI). In de nieuwe studie presenteren de onderzoekers simulaties van hoe foto’s van het zwarte gat Sagittarius A* eruit zouden zien als ze gemaakt waren door dit soort satellieten.
Meer dan vijf keer zo scherp
‘Het heeft veel voordelen om satellieten te gebruiken in plaats van vaste radiotelescopen op aarde, zoals gedaan is bij de Event Horizon Telescope (EHT)’, zegt Freek Roelofs, promovendus astrofysica aan de Radboud Universiteit en eerste auteur van de publicatie. ‘In de ruimte kun je waarnemingen doen met hogere radiofrequenties, omdat die frequenties vanaf aarde uitgefilterd worden door de atmosfeer. Ook de afstand tussen de telescopen wordt groter in de ruimte. Hiermee kan een grote sprong voorwaarts gemaakt worden. We zouden foto’s kunnen maken met een resolutie die meer dan vijf keer hoger is dan die van de EHT.’
Scherpere foto’s van een zwart gat leiden tot betere informatie waarmee Einsteins algemene relativiteitstheorie in meer detail getest kan worden. ‘Het feit dat de satellieten rond de aarde bewegen heeft grote voordelen’, zegt Heino Falcke, hoogleraar radioastronomie. ‘Hiermee kun je bijna perfecte foto’s maken en echte details van zwarte gaten zien. Als er kleine afwijkingen van Einsteins theorie zijn, zouden we dit moeten zien.’
Ook kan de EHI zo’n vijf extra zwarte gaten fotograferen die kleiner zijn dan de zwarte gaten waar de EHT nu op focust. Die laatste zijn Sagittarius A* in het centrum van onze Melkweg en M87* in het centrum van Messier 87, een zwaar sterrenstelsel in de Virgocluster.
Technologische uitdagingen
De onderzoekers hebben gesimuleerd wat ze met verschillende varianten van de techniek onder verschillende omstandigheden zouden kunnen zien. Hiervoor maakten ze gebruik van modellen van het gedrag van het plasma rond het zwarte gat en de straling die daardoor wordt uitgezonden. ‘De simulaties zien er wetenschappelijk gezien veelbelovend uit, maar op technisch vlak zijn nog obstakels te overwinnen’, zegt Roelofs.
Om de technische haalbaarheid van het project te onderzoeken werkten de sterrenkundigen samen met onderzoekers van ESA/ESTEC. ‘Het concept vereist dat je heel goed de positie en de snelheid van de satellieten moet kunnen weten’, aldus Volodymyr Kudriashov, onderzoeker bij het Radboud Radio Lab en tevens werkzaam bij ESA/ESTEC. ‘Maar wij denken dat het project echt haalbaar is.’
Ook moet er nagedacht worden over hoe de satellieten data uitwisselen. ‘Bij de EHT worden harde schijven met data per vliegtuig vervoerd, dat kan natuurlijk niet in de ruimte.’ In dit concept wisselen de satellieten de data uit via een laserlink en worden de data aan boord al gedeeltelijk verwerkt en vervolgens naar de grond gestuurd voor verdere analyse. ‘Laserlinks bestaan al in de ruimte’, benadrukt Kudriashov.
Hybride systeem
Het idee is dat de satellieten in eerste instantie los van de EHT-telescopen gaan opereren. Maar er wordt ook nagedacht over een hybride systeem, waarbij de ruimtetelescopen gecombineerd worden met die op aarde. Falcke: ‘Met zo’n hybride vorm zouden er ook mogelijkheden zijn voor het maken van bewegende beelden van een zwart gat, en je zou nog meer en ook zwakkere bronnen kunnen waarnemen.’