Een grote groep internationale topwetenschappers, onder wie ook Nijmeegse sterrenkundigen, werkt aan de allereerste foto van een zwart gat. Promovendus Freek Roelofs is één van hen. ‘Niemand weet hoe zo’n zwart gat eruit ziet.’

In een zijkamertje op de tweede verdieping van het Huygensgebouw klinkt een luid, onafgebroken gezoem. Het blijkt afkomstig van een stalen, zwarte kast, in de hoek van de kamer. Daarnaast, verbonden aan de kast: een monitor. Op de monitor zijn negen satellietbeelden te zien. Groenland is te herkennen van boven, en Spanje. Kalmpjes trekken de wolken over de continenten voorbij. ‘Dit zijn onze negen telescopen’, legt Freek Roelofs (25) uit. ‘Hier houden we alle data over elke locatie bij, zoals weersomstandigheden en weersvoorspellingen van het KNMI.’ Hij wijst naar de blauwe grafiekjes, die onder de beelden verschijnen. ‘Dit is de hoeveelheid radiostraling die de atmosfeer ter plekke toelaat, voor ons het belangrijkste cijfer. Want dit geeft aan hoeveel het beeld van de telescoop wordt vertroebeld.’

Deze zoemende machine met weergegevens is een cruciaal onderdeel van één van de spannendste wetenschappelijke mijlpalen die naar verwachting dit jaar zal worden bereikt. Samen met meer dan honderd collega’s van topuniversiteiten over de hele wereld vormt Roelofs BlackHoleCam, een onderdeel van het grootschalige Event Horizon Telescope-project. Het gezamenlijke doel: de allereerste foto maken van een zwart gat. Negen verschillende telescopen verspreid over de hele wereld werken daarbij samen. En hier, in het Huygensgebouw, bevindt zich één van de hoofdkwartieren. Hier worden de weersomstandigheden van iedere telescoop nauwkeurig bijgehouden en opgeslagen op harde schijven in de zwarte kast.

Arizona

Roelofs zelf is promovendus bij de bekende Radboud-sterrenkundige Heino Falcke – en bij de trouwe Vox-lezer wellicht bekend als gitarist van Blueshift, de band achter RU-hit Kutpéage. Hij maakt onderdeel uit van een groepje jonge supertalenten dat zich heeft aangesloten bij het zwarte gat-project. Op Roelofs’ indrukwekkende CV prijken bachelor- en masterprojecten op MIT en Harvard. Zelf lijkt hij daar nog wel het minst van onder de indruk. Liever vertelt hij over zijn bezoek vorig jaar aan de telescoop in Arizona. ‘Daar werkte ik in een klein team aan de eerste waarnemingsronde van BlackHoleCam,’ vertelt hij. ‘Dat komt neer op twee weken lang opletten of de telescoop nog goed gericht staat, en de data naar behoren wordt bijgeschreven.’

Roelofs’ telescoop in Arizona was niet de enige. Op hetzelfde moment werden zeven andere telescopen wereldwijd op Sagittarius A* gericht, het zwarte gat dat zich in het midden van het Melkwegstelsel bevindt. Door de opgevangen signalen van ieder telescopenpaar te vergelijken – net als een paar ogen – is het mogelijk een rudimentair beeld van het zwarte gat te vormen. De kracht van het project is de grote afstand tussen de verschillende telescopen. Ze staan over het hele westelijk halfrond verspreid: van Groenland tot Chili, van Spanje tot Antarctica. ‘Dan heb je dus een virtuele telescoop met de resolutie van een telescoop die zo groot is als de aarde,’ merkt Roelofs op. Alsof het niets is.

Roelofs opent op zijn laptop een PowerPointpresentatie, bedoeld voor praatjes bij verenigingen voor amateurastronomen. Hij wijst: ‘kijk hier’. Op de laptop verschijnt een soort zonsverduistering: een halvemaanvormig lichtschijnsel om een pikzwarte cirkel heen. ‘Dit is een simulatie van Heino Falcke uit 2000, van hoe onze foto er uit moet komen te zien. Het zwarte gat fungeert hier als een soort lens, dat het licht vanaf de andere kant van het zwarte gat een andere richting opstuurt.’ Lachend: ‘Onze foto wordt zeker niet zo mooi als dit.’

Jagen

Wat volgt is een lange uiteenzetting over de bizarre fysica van zwarte gaten. ‘Die oplichtende schijf rond het zwarte gat noemen we de accretieschijf’, aldus Roelofs. ‘Deeltjes worden hierin rondgeslingerd met snelheden die dicht bij de lichtsnelheid komen. Daardoor warmen ze op en zenden ze straling uit.’

‘Je zou als leek verwachten dat je die accretieschijf op de foto mooi zou kunnen zien oplichten. Maar zo mooi wordt het niet.’ Ingewikkeld is dat de aarde niet van bovenaf op de schijf neerkijkt, maar horizontaal of schuin in het verlengde van de schijf ligt. Bovendien ontsnapt slechts een klein deel van het licht aan het zwarte gat: alleen straling die door de schijf onze kant op wordt geslingerd bereikt de aarde. Het is deze aan het noodlot ontsnapte straling waar Roelofs en consorten op jagen.

‘Dit project is zo gaaf omdat het compleet onbekend is’

Dat is de theorie. Roelofs taak is om die theorie te koppelen aan de praktijk. Zijn voornaamste bezigheid is het maken van simulaties van de uiteindelijke foto. Roelofs: ‘Daarbij houd ik zoveel mogelijk rekening met factoren die de foto lelijker maken. Bijvoorbeeld slecht weer, of het feit dat onze antennes vaak net naast het zwarte gat gericht staan.’ Het klinkt inderdaad wel wat gek, vindt ook Roelofs, dat zijn voornaamste taak bestaat uit het lelijker maken van simulaties. ‘Maar uiteindelijk wil je gesimuleerde data die lijken op wat je uit de telescopen krijgt. Alleen dan kun je nagaan of de foto die we straks hebben écht van het zwarte gat is.’ De Nijmeegse weerdata spelen daarbij een cruciale rol: de weersomstandigheden bij de verschillende telescopen hebben grote invloed op de kwaliteit van de foto.

Een paar petabyte

Eind dit jaar wordt naar verwachting de eerste foto gepresenteerd door BlackHoleCam, dat wordt gefinancierd door de Europese Onderzoeksraad. Hoewel de observaties al meer dan een jaar geleden zijn gedaan, was het wachten op de laatste data van de telescoop in de Zuidpool. Roelofs: ‘Die konden we door de heftige weersomstandigheden pas in november ophalen. Het gaat al snel om een paar petabyte (1000 terabyte, red.) aan observatiedata. De harde schijven van de telescopen moeten daarom handmatig worden opgehaald.’

Hoe spannend ook, de focus van Roelofs ligt inmiddels alweer een stuk verder dan die eerste foto. De tweede observatieronde van BlackHoleCam vond deze maand plaats. Maar Roelofs’ droom gaat nog veel verder. ‘Het allermooist zou zijn als we twee ruimtetelescopen tot onze beschikking zouden hebben, die in verschillende snelheden rond de aarde draaien. Dan heb je een virtuele telescoop nog groter dan de aarde, zonder dat we last hebben van het weer.’ Blijft hij nog zo lang bij dit project betrokken? Roelofs: ‘Niemand weet hoe een zwart gat eruitziet. We hebben wel theorieën, maar het is voor het eerst dat we dat met echte data gaan combineren. Dit project is zo gaaf omdat het compleet onbekend is.’