De Europese Onderzoeksraad (ERC) heeft 14 miljoen euro toegekend aan een team van Europese astrofysici, onder wie Heino Falcke van de Radboud Universiteit en ASTRON, om voor de eerste keer een beeld van een zwart gat te maken. Het team zal de voorspellingen van zwaartekrachtstheorieën toetsen, waaronder de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Het project ‘BlackHoleCam’ krijgt een Synergy Grant, de grootste en meest competitieve subsidie binnen de ERC.
Het BlackHoleCam-project heeft als doel de schaduw van de waarnemingshorizon van het centrale zwarte gat van de Melkweg waar te nemen, nieuwe radiopulsars te vinden nabij dit zwarte gat, en de waarnemingen te vergelijken met geavanceerde computersimulaties die op basis van zwaartekrachtstheorieën het gedrag van licht en materie rond zwarte gaten voorspellen. Hierbij zal het team, onder leiding van de onderzoekers Heino Falcke, Michael Kramer (Max-Planck-Institut für Radioastronomie) en Luciano Rezzolla (Goethe Universiteit, Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik), verschillende telescopen over de hele wereld gebruiken, om diep in het hart van onze Melkweg te kijken, waar zich de mysterieuze radiobron Sagittarius A* bevindt, naar algemeen wordt aangenomen ons centrale superzware zwarte gat.
Synergy Grants worden via een ingewikkelde en zeer competitieve selectieprocedure door de ERC toegekend, waarbij wetenschappelijke uitmuntendheid het criterium is. Het maximale subsidiebedrag is 15 miljoen euro, en het onderzoek moet door twee tot vier wetenschappers worden geleid. Binnen de huidige selectieronde werden 13 van de 449 subsidieaanvragen gehonoreerd, wat neerkomt op minder dan 3%. Vanuit alle hoeken van de Europese wetenschap werden voorstellen ingediend. Nog nooit eerder werd een astrofysica-aanvraag geselecteerd.
Zwarte gaten staan bekend als een ongrijpbaar fenomeen, met een enorm zwaartekrachtsveld. De waarnemingshorizon is de grens rond een zwart gat waar het licht niet meer aan zijn zwaartekracht kan ontsnappen. “Hoewel de meeste astrofysici geloven dat zwarte gaten bestaan, heeft eigenlijk niemand er ooit een gezien”, zegt Heino Falcke, hoogleraar Radioastronomie aan de Radboud Universiteit in Nijmegen en ASTRON. “De techniek is nu zo ver gevorderd dat we zwarte gaten echt in beeld kunnen krijgen en hun bestaan kunnen bewijzen of weerleggen: zonder waarnemingshorzion geen zwarte gaten.”
Wanneer gas door zwaartekracht richting de waarnemingshorizon van het zwarte gat wordt getrokken, wordt sterke radiostraling uitgezonden voordat het gas verdwijnt. De waarnemmingshorizon zou een donkere schaduw op die heldere emissie moeten werpen. Het team wil dit proberen waar te nemen rond Sagittarius A*, waarvan bekend is dat hij vier miljoen keer zoveel weegt als de zon. Gezien de grote afstand tot Sagittarius A* komt de grootte van die schaduw overeen met een appel op de maan gezien vanaf de aarde.
Het zou mogelijk moeten zijn om zelfs zulke kleine details waar te nemen door metingen van hoge-frequentie radiotelescopen over de hele wereld te combineren. Deze techniek staat bekend als Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Falcke heeft de 'Event Horizon Telescope’, die gebruik maakt van deze techniek, vijftien jaar geleden voor het eerst voorgesteld, en nu zal het team werken aan de daadwerkelijke realisatie. Falcke: “Met deze ERC-subsidie en de uitstekende Europese expertise zullen wij samen met onze internationale partners in staat zijn deze klus te klaren.”
Het team zal dezelfde radiotelescopen gebruiken om pulsars - snel ronddraaiende neutronensterren - rond Sagittarius A* te vinden. “Pulsars in de buurt van een zwart gat zijn uiterst waardevol”, vertelt Kramer. “Ze stellen ons in staat om de vervorming van ruimte en tijd door zwarte gaten te meten en hun eigenschappen met ongekende precisie te bepalen.” Hoewel radiopulsars alomtegenwoordig zijn in onze Melkweg is er verrassend genoeg decennialang geen enkele gevonden in het centrum van de Melkweg. Pas kortgeleden vonden Kramer en zijn team de allereerste radiopulsar rond Sagittarius A*. ‘We vermoeden dat er veel meer radiopulsars zijn, en als ze er zijn zullen we ze vinden”, zegt Kramer.
De onderzoekers zullen de waarnemingen van de schaduw van de waarnemingshorzion van het zwarte gat en de beweging van pulsars en sterren rond Sagittarius A* vergelijken met gedetailleerde computersimulaties. “We kunnen door de enorme vooruitgang in de computationele astrofysica precies uitrekenen hoe ruimte en tijd worden vervormd door de immense zwaartekracht van een zwart gat, en bepalen hoe licht en materie zich in de buurt van zwarte gaten voortplanten”, stelt Rezzola. “We hebben nu de mogelijkheid om zwaartekrachttheorieën te testen in een regime dat tot voor kort nog behoorde tot het rijk van de science fiction; het zal een keerpunt vormen in de moderne wetenschap.”
Partners in Europe
De drie hoofdonderzoekers zullen nauw samenwerken met andere Europese groepen:
- Robert Laing van de European Southern Observatory (ESO) in Garching, Europees projectleider van ALMA, een nieuwe hogefrequentie-radiotelescoop;
- Frank Eisenhauer van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, hoofdonderzoeker van het geplande GRAVITY-instrument voor de ESO Very Large Telescope Interferometer, dat de precieze beweging van sterren en de infrarooduitbarstingen rond Sagittarius A* zal meten.
- Huib van Langevelde, directeur van het Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE) en professor voor Galactische radioastronomie aan de Universiteit Leiden.
Het Max-Planck-Institut für Radioastronomie zal samenwerken met de VLBI-groep and de hogefrequentie-radioastronomiegroepen van het instituut en hun directeuren Anton Zensus en Karl Menten.
Het BlackHoleCam-project hoopt ook de twee belangrijkste millimeterradio-observatoria in te kunnen zetten: NOEMA en de IRAM 30m-telescoop, een Duits/Frans/Spaanse samenwerking. Verder zal er nauw worden samengewerkt met het Event Horizon Telescope-project, onder leiding van Shep Doeleman (MIT Haystack Observatory, Boston).
Meer informatie:
Radboud Universiteit Nijmegen