APEX werpt een blik op het hart van een quasar

Een internationaal team van astronomen heeft het hart van een verre quasar met ongekende scherpte waargenomen: twee miljoen keer ( ) zo scherp als het menselijk oog. De waarnemingen, waarbij de Atacama Pathfinder Experiment (APEX)-telescoop voor het eerst met twee telescopen op andere continenten werd verbonden, zijn een cruciale stap in de richting van het ambitieuze doel van het ‘Event Horizon Telescope’-project: het in beeld brengen van de superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels als het onze. Astronomen verbonden APEX in Chili met de Submillimeter Array (SMA) op Hawaï (VS) en de Submillimeter Telescope (SMT) in Arizona (VS). Dat resulteerde in de scherpste directe waarneming ooit van het centrum van een ver sterrenstelsel: de heldere quasar 3C 279, die een superzwaar zwart gat bevat met een massa van ongeveer een miljard zonsmassa’s en zo ver weg staat dat zijn licht er meer dan vijf miljard jaar over heeft gedaan om de aarde te bereiken. APEX is een samenwerkingsproject van het Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), het Onsala Space Observatory (OSO) en ESO. APEX wordt beheerd door ESO. De telescopen werden verbonden met behulp van een techniek die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) wordt genoemd. Grotere telescopen kunnen scherpere waarnemingen doen, en interferometrie maakt het mogelijk om meerdere telescopen te laten samenwerken als één telescoop ter grootte van hun onderlinge afstand of ‘basislijn’. De scherpste VLBI-waarnemingen worden verkregen door de onderlinge afstand tussen de telescopen zo groot mogelijk te maken. Voor deze quasarwaarnemingen gebruikte het team de drie telescopen om een interferometer te maken met transcontinentale basislijnen van 9447 kilometer (Chili-Hawaï), 7174 kilometer (Chili-Arizona) en 4627 kilometer (Arizona-Hawaï). De deelname van APEX in Chili was cruciaal, omdat deze de langste basislijnen opleverde. De waarnemingen werden gedaan op een radiogolflengte van 1,3 millimeter. Het is voor het eerst dat waarnemingen op deze korte golflengte met zulke lange basislijnen zijn gedaan. Bij de waarnemingen werd een scherpte of resolutie van slechts 28 microboogseconden bereikt – ongeveer 8 miljardste van een graad. Dit maakt het mogelijk om details te onderscheiden die maar liefst twee miljoen keer zo klein zijn als wat het menselijk oog kan zien. Bij deze beeldscherpte kunnen details van minder dan een lichtjaar bij de quasar worden waargenomen – een opmerkelijke prestatie voor een doelwit op een afstand van miljarden lichtjaren. De waarnemingen vormen een nieuwe mijlpaal op weg naar het zichtbaar maken van de directe omgeving van superzware zwarte gaten. Hieronder een video die een indruk geeft van het hart van de met APEX waargenomen quasar, 3C 279:

Het is de bedoeling om in de toekomst nog meer telescopen op deze manier met elkaar te verbinden, om tot de zogeheten Event Horizon Telescope te komen. De Event Horizon Telescope zal de schaduw van het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel en van dat in andere nabije sterrenstelsels in beeld kunnen brengen. Deze schaduw – een donker gebied dat afsteekt tegen een helderdere achtergrond – wordt veroorzaakt door de afbuiging van licht door het zwarte gat: het zou het eerste rechtstreekse bewijs zijn voor het bestaan van de waarnemingshorizon van een zwart gat – de grens waar voorbij zelfs licht niet meer kan ontsnappen. Het experiment – het resultaat van drie jaar hard werken op de 5000 meter hoge Chajnantor-hoogvlakte in de Chileense Andes, waar de luchtdruk slechts ongeveer de helft is van die op zeeniveau – was een primeur: nooit eerder nam APEX deel aan VLBI-waarnemingen.

Om APEX geschikt te maken voor VLBI hebben wetenschappers uit Duitsland en Zweden nieuwe digitale data-aquisitiesystemen en een uiterst nauwkeurige atoomklok geïnstalleerd, evenals datarecorders die onder de moeilijke omstandigheden ter plaatse uren achtereen 4 gigabits per seconde kunnen vastleggen. De gegevens – 4 terabyte per telescoop – werden op harde schijven naar Duitsland overgebracht en verwerkt door het Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. De succesvolle deelname van APEX is ook om een andere reden van belang. De telescoop staat op dezelfde plek en maakt gebruik van dezelfde technologie als de nieuwe Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). De nog in aanbouw zijnde ALMA-telescoop zal uiteindelijk bestaan uit 54 schotelontvangers die net zo groot zijn als APEX (12 meter) plus twaalf kleinere schotels (7 meter). Momenteel wordt onderzocht of het mogelijk is om ALMA met het netwerk te verbinden. Door toevoeging van het enorme totale oppervlak van de ALMA-schotels zouden de waarnemingen een tien keer zo grote gevoeligheid bereiken als bij deze eerste tests. En dat zou de schaduw van het superzware zwarte gat van de Melkweg binnen het bereik van toekomstige waarnemingen brengen. Bron: ESO.