Maken we over vijf jaar foto's van zwarte gaten?

Wie weet staat-ie eind 2018 in de oudejaarsbijlage van de krant, onder de meest spraakmakende foto's van het jaar. Geen sportmoment, geen natuuropname, geen oorlogsbeeld, maar de eerste pasfoto van een zwart gat.

Animatie van een zwart gat door NASA Beeld ANP

Astronoom Heino Falcke van de Radboud Universiteit in Nijmegen geeft toe dat hij in 2000 iets te optimistisch was met zijn voorspelling dat het binnen tien jaar zo ver zou zijn, maar, zegt hij, 'over een jaartje of vijf moet het echt lukken.' Aan het geld ligt het niet meer: Falcke en zijn collega's Luciano Rezzolla en Michael Kramer kregen onlangs 14 miljoen euro subsidie van de Europese Onderzoeksraad voor de bouw van hun Black Hole Camera.

Leuk natuurlijk, een kiekje van een zwart gat, maar wat heb je eraan? Heel veel, legt Falcke uit. De ware aard van ruimte en tijd is een van de meest fundamentele kwesties in de wetenschap. Einsteins relativiteitstheorie geeft er een beschrijving van, maar die spoort niet met de quantumtheorie.

Ergens is er dus iets mis, en er is geen betere plaats om dat te onderzoeken dan aan de rand van een zwart gat, waar ruimte en tijd extreem sterk vervormd zijn door de zwaartekracht. 'Op basis van onze foto's kunnen straks in elk geval een aantal voorgestelde alternatieven de prullenbak in.'

Astro-paparazzi
Onder leiding van projectmanager Remo Tilanus van de Leidse Sterrewacht gaan de astro-paparazzi hun camera richten op Sagittarius A*, het superzware zwarte gat in de kern van ons Melkwegstelsel, op zo'n 27 duizend lichtjaar afstand van de aarde. De afgelopen jaren is daarover al veel ontdekt, maar een echte foto is er nog niet. Op zo'n foto moet de 'schaduw' van het zwarte gat zichtbaar zijn, als een ronde zwarte vlek op een achtergrond van gloeiend gas. Vijftig microboogseconden groot, is de voorspelling - even groot als een zandkorreltje op duizend kilometer afstand.

Zo'n kiekje maak je niet met één telescoop. In plaats daarvan willen de astronomen radioschotels in verscheidene werelddelen met elkaar koppelen, om zo de beeldscherpte te vergroten. Er bestaat al veel ervaring met die interferometrie-techniek. 'Onze BlackHoleCam werkt eigenlijk net als een gewone camera,' vertelt Falcke, 'alleen liggen de pixels verspreid over de hele aarde, en past de software niet op één chipje.'

Klinkt simpeler dan het is, want sommige radioschotels hebben nieuwe ontvangers nodig, gevoelig voor straling met een golflengte van ongeveer één millimeter; er moeten nauwkeurige atoomklokken komen; dataopslag met een snelheid van 64 gigabits per seconde bestaat ook nog niet echt, en de software staat nog in de kinderschoenen.

Nieuwe telescoop
Maar over een paar jaar moet het zo ver zijn. Dan wordt Sagittarius A* tegelijkertijd bekeken door het ALMA-observatorium in Chili, de South Pole Telescope op Antarctica, en door radioschotels in Hawaii, Californië, Arizona, Mexico, Spanje en Frankrijk. 'Het liefst zouden we ook nog een nieuwe telescoop bouwen in Namibië of Zuid-Afrika,' zegt Falcke. 'Dat kost ongeveer 14 miljoen. Sponsors zijn welkom.'

De harde schijven waarop alle waarnemingen zijn weggeschreven, worden gewoon met de pakjespost naar een centrale 'correlator' gestuurd - zelfs voor een snelle glasvezelverbinding is de hoeveelheid data te groot - en die destilleert er de profielfoto van het zwarte gat uit. 'Als we één dataset van vier tot acht uur hebben, met een stuk of zeven schotelantennes, dan hebben we al heel wat,' aldus Falcke. 'Dan ben ik blij en kan ik met pensioen.'

Voor theoretici begint het werk dan pas echt. Komt de omvang van de gefotografeerde schaduw van het zwarte gat overeen met de voorspellingen van Einstein? Kun je uit de asymmetrische verdeling van het omringende, afgebogen licht de draaisnelheid van het zwarte gat afleiden? En klopt de theorie dat een zwart gat volledig beschreven wordt door slechts drie getallen - massa, rotatiesnelheid en elektrische lading? Falcke: 'Dit onderdeel van de relativiteitstheorie is gewoon nog nooit getest.'

 
Het liefst zouden we ook nog een nieuwe telescoop bouwen in Namibië of Zuid-Afrika. Dat kost ongeveer 14 miljoen. Sponsors zijn welkom
Astronoom Heino Falcke van de Radboud Universiteit in Nijmegen

Hoogfrequente radiowaarnemingen
Natuurlijk worden ook andere waarnemingen in de analyse meegenomen. Europese astronomen bouwen bijvoorbeeld het nieuwe Gravity-instrument voor de Very Large Telescope waarmee de bewegingen van sterren rond het zwarte gat nauwkeurig te meten zijn. En Falcke hoopt met hoogfrequente radiowaarnemingen ook meer pulsars in de omgeving van Sagittarius A* te vinden. Uit variaties in de knipperfrequentie van die snel roterende, compacte sterretjes kan de massa van het zwarte gat berekend worden met een nauwkeurigheid van een tienduizendste procent. 'Zo precies weet je je eigen gewicht niet eens,' zegt hij.

Hoe het na die eerste foto verder moet? Dat is afhankelijk van wat erop te zien is, legt Falcke uit. Astronomen en natuurkundigen willen er hoe dan ook achter komen in welke richting ze de Theorie van Alles moeten zoeken, die de relativiteitstheorie en de quantumfysica met elkaar verenigt. 'Als het lukt met die foto dan gaan we natuurlijk door, om steeds nauwkeuriger resultaten te krijgen. Als blijkt dat het niet kan - misschien wel omdat de voorspelde schaduw toch niet bestaat - dan moeten we iets anders bedenken.'

 
Als het lukt met die foto dan gaan we natuurlijk door, om steeds nauwkeuriger resultaten te krijgen. Als blijkt dat het niet kan - misschien wel omdat de voorspelde schaduw toch niet bestaat - dan moeten we iets anders bedenken
Astronoom Heino Falcke van de Radboud Universiteit in Nijmegen
Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.