De telescopen waarmee Heino Falcke en zijn team de eerste foto van een zwart gat maakten kunnen meer dan alleen mooie plaatjes schieten. Vandaag laten Nijmeegse astronomen zien hoe de waarnemingen ook het ontstaan van gigantische plasma-uitbarstingen helpen begrijpen. En in de toekomst kunnen ze mogelijk ook een van de grootste natuurkundige vragen beantwoorden.

Zwarte gaten zijn de koekiemonsters van de ruimte: alles wat bij hen in de buurt komt verorberen ze, tot hele sterren aan toe. Alhoewel, alles? Een klein deel van de materie weet te ontsnappen aan ‘de poorten van de hel’, zoals sterrenkundehoogleraar Heino Falcke het zwarte gat noemde op de foto die hij twee jaar geleden wereldkundig maakte. In de vorm van plasmajets wordt deze materie met bijna de lichtsnelheid de ruimte in geslingerd.

Dankzij nieuwe analyses van onder anderen Radboudastronomen Monika Mościbrodzka en Sara Issaoun snappen we nu beter hoe die kosmische geluksvogels ontkomen aan hun bijna onherroepelijke lot. Magneetvelden vlakbij zwarte gaten kaatsen een deel van de materie de ruimte in, voordat het zwart gat het kan opslokken.

Spiegelingen

Dat theoretische idee bestond al, maar waarnemingen aan het zwarte gat M87 van de beroemde foto uit 2019 lijken dit nu te bevestigen, schrijven de Nijmeegse wetenschappers vandaag in vakblad The Astrophysical Journal, samen met internationale collega’s. Ze publiceren ook een nieuwe serie foto’s van het zwarte gat in het centrum van sterrenbeeld Messier 87, en het stukje universum eromheen. De astronomen analyseerden hiervoor dezelfde data als die tot de allereerste foto leidden, gemeten door zeven wereldwijd verspreide (en onderling verbonden) telescopen, de Event Horizon Telescope (EHT).

Op de nieuwe beelden is te zien dat zowel het licht rondom het gat als in de plasmajets gepolariseerd is, alsof het door een polaroidbril van kosmische proporties is gegaan. Zo’n bril, die bijvoorbeeld spiegelingen van wateroppervlaktes wegneemt, zorgt ervoor dat lichtgolven allemaal parallel in hetzelfde vlak op en neer gaan, in plaats van alle kanten op. Eenzelfde polarisatie, maar dan van het licht van de plasmajets, is precies wat je zou verwachten als magnetisme de jets zou veroorzaken, aldus de astronomen. Daarmee kunnen een hoop alternatieve theorieën over het ontstaan van de jets weggestreept worden. De nieuwe beelden zijn overigens geen ‘echte’ foto’s – op de originele foto uit 2019 van het zwarte gat zijn als het ware de polarisatierichtingen van het licht ingetekend.

Leeglopende wasbak

Hoe die magneetvelden zelf ontstaan valt uit te leggen aan de hand van ‘Falckes foto’ uit 2019, waaraan destijds ook Mościbrodzka en Issaoun meewerkten. Als objecten het zwarte gat indraaien (als water in een leeglopende wasbak) worden ze super heet en vormen ze plasma: de geel-oranje vlekken op de foto. Omdat dat plasma elektrisch geladen is ontstaat er volgens de wetten van de natuurkunde automatisch een magneetveld.

‘We hebben nu nieuw cruciaal bewijs gevonden dat ons helpt begrijpen hoe magnetische velden zich rond zwarte gaten gedragen en hoe de activiteit in dit zeer compacte stukje ruimte krachtige jets kan aandrijven’, legt Mościbrodzka uit in een persmoment. ‘In 1920 was dit de eerste plasma jet die ontdekt werd, en het lijkt erop dat het ook de eerste is waarvan we begrijpen hoe hij ontstaat.’

Sterrenkundige insiders

De nieuwe publicatie is meer dan alleen een leuke ontdekking voor sterrenkundige insiders, benadrukt astronoom Marc Klein Wolt, die niet direct bij de nieuwe publicatie betrokken was. Dankzij de EHT, zegt hij aan de telefoon, kunnen we nu nog veel meer natuurkundige theorieën over kosmische processen in de praktijk toetsen, voor het eerst in de geschiedenis. ‘Bijvoorbeeld hoe Einsteins relativiteitstheorie en quantummechanica zich tot elkaar verhouden.’

Die vraag is een van de grootste onopgeloste kwesties binnen de natuurkunde, en staat al meer dan een eeuw open. Zwarte gaten zijn een van de weinige fenomenen waarbij beide theorieën om de hoek komen kijken en mogelijk een antwoord kunnen opleveren. Lang werd echter gedacht dat deze niet waar te nemen waren vanaf de aarde – tot de foto van 2019.

Misschien kunnen we sterren in real time opgeslokt zien worden

Eind dit jaar hoopt het EHT-team ook een foto van het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel te presenteren, vertelt Issaoun. Dat staat een stuk dichterbij dan M87, waardoor het misschien mogelijk is om sterren in real time opgeslokt te zien worden door het zwarte gat. Klein Wolt: ‘Zo kun je nog nauwkeuriger zien wat er nu precies gebeurt bij zo’n zwart gat en wat dat zegt over de verschillende theorieën.’

Klein Wolt, ook lid van het EHT-team, hoopt hier zelf ook aan bij te dragen, door een extra telescoop aan het zwarte-gatenproject toe te voegen. Die zogeheten Africa Millimetre Telescope moet in Namibië komen te staan. ‘Dat is de ideale plek om het centrum van de Melkweg te observeren, en verhoogt de resolutie van de EHT-metingen.’ Daarvoor is nog wel miljoenen euro’s aan financiering nodig. ‘Maar ik ben een optimist. Ik hoop dat we het volgend jaar rond hebben.’