Astronomen hebben met een netwerk van gekoppelde telescopen, waaraan voor het eerst ook ALMA meedeed, ontdekt dat de radiostraling uit het zwarte gat in het centrum van de Melkweg (Sagittarius A*) uit een kleiner gebied komt dan eerder werd gedacht. Mogelijk wijst een jet van Sgr A* in onze richting. De paper, onder leiding van de Nijmeegse promovenda Sara Issaoun, wordt vandaag gepubliceerd in Astrophysical Journal.
Een wolk van heet gas onttrok het superzware zwarte gat tot nu toe aan het zicht waardoor weinig details bekend waren over Sgr A*. Astronomen zijn er nu in geslaagd door de ‘mist’ heen te kijken met een netwerk van radiotelescopen. Met deze techniek, die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) heet en een virtuele telescoop ter grootte van de aarde oplevert, is het gelukt de exacte eigenschappen van de lichtverstrooiing in kaart te brengen. Het weghalen van de meeste verstrooiingseffecten heeft een beeld opgeleverd van de omgeving van het zwarte gat.
Door de hoge kwaliteit van het niet-verstrooide beeld kon het team de theoretische modellen voor het gas rond Sgr A * aanscherpen. Het grootste deel van de radio-emissie blijkt uit slechts een 300 miljoenste van een graad te komen, en de bron heeft een symmetrische morfologie. “Dit zou erop kunnen wijzen dat de radiostraling is geproduceerd in een schijf met invallend gas in plaats van door een radio-jet,” verklaart Issaoun, die de waarnemingen heeft vergeleken met computermodellen, “Maar als dit echt het geval is, is Sgr A* een buitenbeetje vergeleken met andere zwarte gaten die radiostraling uitzenden. Daarom houden we ook rekening met de alternatieve verklaring dat de radio-jet vrijwel recht op ons is gericht.”
Issaoun’s promotor Heino Falcke (Radboud Universiteit) noemt deze verklaring zeer ongebruikelijk, maar ook hij sluit die niet langer uit. “Het GRAVITY-instrument-team kwam onlangs tot een vergelijkbare conclusie via een onafhankelijke techniek en waarnemingen met ESO’s Very Large Telescope Interferometer van optische telescopen in Chili.” “Dus mogelijk kijken we inderdaad vanuit een zeer speciale positie naar het monster in het centrum van de Melkweg,” aldus Falcke.
Superzware zwarte gaten bevinden zich in centra van sterrenstelsels en genereren de meest energetische verschijnselen in het heelal. Rond een zwart gat valt materiaal op een ronddraaiende accretieschijf. Een deel daarvan wordt met bijna de lichtsnelheid weer het heelal ingeblazen via twee smalle straalstromen (of jets) die helder oplichten in radio-emissie. Het is onduidelijk of de radio-emissie in Sgr A* van het invallende gas afkomstig is of van jets.
Sgr A* is het dichtstbijzijnde superzware zwarte gat en ‘weegt’ ongeveer 4 miljoen zonsmassa’s. Zijn zichtbare grootte aan de hemel is minder dan een 100 miljoenste graad, wat overeenkomt met de grootte van een tennisbal op de maan, gezien vanaf de aarde. Om dat te waar te kunnen nemen, is de VLBI-techniek nodig. De resolutie die met VLBI kan worden bereikt wordt ook verhoogd door de waarneemfrequentie. De hoogste frequentie met VLBI is tot nu toe 230 GHz. De eerste waarnemingen van Sgr A* op 86 GHz dateren van 26 jaar geleden, met slechts een handjevol telescopen. “In de loop der jaren werd de kwaliteit van de data gestaag beter naarmate meer telescopen meededen,” zegt J. Anton Zensus, directeur van het Max Planck Institute for Radio Astronomy.
Het onderzoek van Issaoun en collega’s uit Nijmegen en van andere instituten beschrijft de eerste waarnemingen op 86 GHz waaraan ook ALMA meedeed, verreweg de gevoeligste telescoop in dit frequentiegebied. ALMA is onderdeel geworden van de Global Millimeter VLBI Array (GMVA) in april 2017.
“Sgr A* bevindt zich aan de zuidelijke hemel en de deelname van ALMA is niet alleen belangrijk vanwege zijn gevoeligheid maar ook vanwege de ligging op het zuidelijk halfrond,” zegt coauteur Ciriaco Goddi van van het Europese ALMA Regional Center (Allegro) aan de Sterrewacht Leiden. Naast ALMA deden twaalf telescopen in Noord-Amerika en Europa mee in het netwerk. “De bereikte resolutie is twee keer zo hoog als in eerdere waarnemingen op deze frequentie en heeft een eerste foto van het gebied direct rond Sgr A* opgeleverd die volledig vrij is van interstellaire verstrooiing, een effect dat wordt veroorzaakt door onregelmatigheid in de dichtheid van geïoniseerd materiaal langs de zichtlijn van de aarde naar Sgr A*.”
De gebruikte techniek is ontwikkeld door Michael Johnson van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in de VS. “Hoewel verstrooiing de afbeelding van Sgr A* vervormt en vervaagt, hebben we door de geweldig resolutie van deze waarnemingen de exacte eigenschappen van de verstrooiing kunnen bepalen,” zegt Johnson. “De meeste effecten konden we verwijderen, wat een beeld opleverde van de omgeving van het zwarte gat. Het goede nieuws is ook dat deze waarnemingen aantonen dat verstrooiing geen beperking zal vormen voor de Event Horizon Telescope, die op 230 GHz en met nog betere resolutie de schaduw van een zwart gat zelf probeert te zien.”
Toekomstige waarnemingen op verschillende golflengten zullen meer informatie opleveren over zwarte gaten, de meest exotische objecten in het heelal.
Nieuw onderzoek aan zwart gat in centrum Melkweg onthult onverwachte details
