Een glinsterende ring om een zwart gat

In het centrum van het gigantische sterrenstelsel Messier 87 schuilt een gigantisch zwart gat. De afbeelding van dit massamonster die vorig jaar werd gepubliceerd en verkregen met de Event Horizon Telescope (EHT), ging de wereld rond.

Nu heeft het EHT-team archiefgegevens van 2009 tot 2013 geanalyseerd, waarvan sommige nog niet zijn gepubliceerd. De onderzoekers ontdekten dat de ringvormige schaduw rond het zwarte gat inderdaad altijd aanwezig is, maar de oriëntatie en helderheidsverdeling verandert - de ring lijkt te glinsteren. De deelname van de Europese APEX-telescoop in Chili en de 30-meter-telescoop IRAM, medegefinancierd door de Max Planck Society op Pico Veleta in de Spaanse Sierra Nevada, speelden een belangrijke rol bij deze ontdekking.

Bij de foto: Momentopnamen van het M87* zwarte gat verkregen door middel van beeldvorming / geometrische modellering, en de EHT-array van telescopen in 2009 - 2017. De diameter van alle ringen is vergelijkbaar, maar de locatie van de heldere kant varieert. De variatie in de dikte van de ring is hoogstwaarschijnlijk niet reëel en vloeit voort uit het beperkte aantal deelnemende observatoria in eerdere experimenten. Bron: M. Wielgus, D. Pesce & EHT samenwerking

“De in april 2019 aangekondigde resultaten tonen een afbeelding van de schaduw van een zwart gat, bestaande uit een heldere ring gevormd door heet plasma dat rond het zwarte gat in M87 wervelt, en een donker centraal deel, waar we verwachten dat de waarnemingshorizon zal zijn ”, aldus Maciek Wielgus, astronoom aan de Harvard University, en hoofdauteur van het nieuwe artikel.

Die resultaten waren echter alleen gebaseerd op waarnemingen die in april 2017 gedurende een periode van een week zijn uitgevoerd, wat veel te kort is om te zien of de ring zich over langere tijdschalen ontwikkelt. Zelfs na zorgvuldige data-analyse bleven daarom enkele open vragen met betrekking tot de stationariteit van de ringkenmerken in de loop van de tijd. Om die reden is een onderzoek naar eerdere archiefgegevens overwogen.

De waarnemingen van 2009-2013 bevatten veel minder gegevens dan die in 2017, waardoor het moeilijk is om M87 in beeld te brengen zonder a-priori aannames. Voor de beschikbare archiefgegevens gebruikte het EHT-team statistische modellen op basis van geometrische aannames om te kijken naar veranderingen in het uiterlijk van het zwarte gat in M​​87 (M87*) in de loop van de tijd.

Door de analyse uit te breiden tot de waarnemingen van 2009-2017, hebben wetenschappers aangetoond dat M87* aan theoretische verwachtingen voldoet. De schaduwdiameter van het zwarte gat is consistent gebleven met de voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie voor een zwart gat van 6,5 miljard zonsmassa's. De morfologie van een asymmetrische ring blijft bestaan ​​op tijdschalen van meerdere jaren, op een consistente manier die extra vertrouwen geeft over de aard van M87* en de oorsprong van zijn schaduw.

Maar hoewel de diameter van de ring in de loop van de tijd constant bleef, ontdekte het EHT-team dat de gegevens een verrassing verborgen hielden. Thomas Krichbaum, astronoom bij het Max Planck Institute for Radio Astronomy en een van de toonaangevende auteurs van de publicatie, zegt: “De data-analyse suggereert dat de oriëntatie en fijne structuur van de ring in de tijd varieert. Dit geeft een eerste indruk van de dynamische structuur van de aanwasstroom, die de waarnemingshorizon omgeeft ”. Hij voegt eraan toe: "Het bestuderen van deze regio zal cruciaal zijn voor een beter begrip van hoe zwarte gaten materie aanwakkeren en relativistische jets lanceren."

Het gas dat op een zwart gat valt, warmt op tot miljarden graden, ioniseert en wordt turbulent in aanwezigheid van magnetische velden. Omdat de materiestroom turbulent is, lijkt de helderheid van de ring met de tijd te schitteren, een uitdaging voor de theoretische accretiemodellen.

"Het monitoren van de tijdvariabele structuur van M87 met de EHT is een uitdaging die ons de komende jaren bezig zal houden", zegt Anton Zensus, directeur van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie en oprichter en voorzitter van de EHT Collaboration Board.

“We werken aan de analyse van de gegevens van 2018 en bereiden nieuwere waarnemingen voor in 2021, met de toevoeging van nieuwe locaties zoals het NOEMA-observatorium in Frankrijk, de krachtigste radiotelescoop in zijn soort op het noordelijk halfrond en ook medegefinancierd door de Max-Plack-Gesellschaft en de Greenland Telescope, en Kitt Peak in Arizona, ”voegt Zensus toe. De verbeterde beeldvormingsmogelijkheden van deze uitgebreide reeks zullen een meer gedetailleerd beeld geven van de schaduw van het zwarte gat M87* en van de binnenste straal van het M87-radiostelsel.

Auteur: Jan Vyvey.
Bron: Max Planck Gesellshaft