De publicatie gisteren van de allereerste foto van het directe omgeving van het zwarte gat in M87 heeft niet alleen voor een stroom aan nieuwsartikelen gezorgd, maar ook voor heel wat komische foto’s en nieuwsberichten. Zoals deze twee die ik van Marcel Schellekens kreeg (waarvoor dank!):
Virgo Observatory. Credit: The Virgo Collaboration/CCO 1.0.
Op 1 april j.l. zijn de vernieuwde Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in de VS en Virgo detector (Italië) van start gegaan met het speuren naar signalen van zwaartekrachtgolven uit het heelal – de ‘observing run 3’ (O3). In de vorige waarneemperiode (yep, O2, tussen 30 november 2016 en 25 augustus 2017) werden 11 detecties van zwaartekrachtgolven gedaan, tien van botsende zwarte gaten, eentje van botsende neutronensterren. En nu, maar één week nadat O3 is gestart, heeft de LIGO-Virgo combinatie al weer een nieuwe detectie gedaan van zwaartekrachtgolven. Ze noemen ‘m nu nog eventjes ‘event G329243 of S190408‘ en hij vond plaats op 8 april. Weer waren het twee zwarte gaten die botsten en samensmolten en daarmee een stoot zwaartekrachtgolven – rimpels in de ruimte – het heelal instuurden. De botsing vond plaats in een sterrenstelsel op zo’n 4,7 miljard lichtjaar (± 1,1 miljard) van ons vandaan, gelegen ergens in het gebied dat op de kaart hieronder is weergegeven, in de buurt van het sterrenbeeld Hagedis (Lacerta).
Credit: LIGO/Virgo
De twee zwarte gaten hadden elk een massa van ongeveer 30 zonsmassa’s. De verwachting voor O3 is dat er ongeveer één keer per week zwaartekrachtgolven zullen worden gedetecteerd en dat )3 ongeveer twaalf maanden gaat duren. Nou, die voorspelling is al aardig uitgekomen. Het wachten is op nummer twee binnen enkele dagen. Zelf ook geïnteresseerd om de detecties te volgen? Hou dan https://gracedb.ligo.org/latest/ in de gaten of installeer op je iPhone deze app: Gravitational Wave Events iPhone App. Bron: LIGO.
[Update 12 april 18.50 uur] En ja hoor, koud één dag nadat ik bovenstaande geblogd heb komt er het bericht dat ze met LIGO en Virgo een tweede zwaartekrachtgolf hebben gedetecteerd, alweer eentje van botsende zwarte gaten. De golf werd op 12 april gedetecteerd – hé, da’s vandaag – en hij heet S190412m of G329483.
TGO analyseert de atmosfeer van Mars. Credit: ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: O. Korablev et al (2019)
Nieuwe gegevens over de impact van de recente planeet-omvattende stofstorm op het water in de atmosfeer en een verrassende afwezigheid van methaan, dat zijn de wetenschappelijke hoogtepunten van het eerste jaar dat de ExoMars Trace Gas Orbiter doorbracht in een baan rond Mars. De nieuwe resultaten worden beschreven in twee papers die vandaag gepubliceerd zijn in het tijdschrift Nature. Ze worden ook toegelicht tijdens een persconferentie bij de European Geosciences Union in Wenen.
Een derde paper die ingestuurd werd bij de Proceedings of the Russian Academy of Science toont de meest gedetailleerde kaart ooit gemaakt van water-ijs of gehydrateerde mineralen op geringe diepte in de bodem van Mars. De ExoMars Trace Gas Orbiter, of TGO, is een gezamenlijke missie van ESA en het Russische ruimtevaartagentschap Roscosmos. De sonde kwam in oktober 2016 aan bij de rode planeet. Ze had meer dan een jaar nodig om door middel van de aerobraking-techniek in een voor wetenschappelijk onderzoek geschikte baan te komen. TGO heeft nu een omlooptijd van 2 uur, op 400 kilometer boven het oppervlak van Mars.
“We zijn opgetogen met de eerste resultaten van de Trace Gas Orbiter,” zegt Håkan Svedhem, TGO-projectwetenschapper bij ESA. “Onze instrumenten presteren uitstekend en leverden al tijdens de eerste maanden zeert goede data, van een veel hoger niveau dan voorheen mogelijk was.”
De eerste resultaten van TGO. Credit: ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: O. Korablev et al (2019)
De belangrijkste wetenschappelijke missie van de TGO begon eind april 2018. Enkele maanden later brak de globale stofstorm los die uiteindelijk tot de ondergang zou leiden van de NASA-rover Opportunity, na meer dan 15 jaar rondrijden over het oppervlak van Mars. Vanuit hun baan om de planeet konden satellieten daarentegen unieke waarnemingen doen. TGO volgde het opsteken en de ontwikkeling van de storm en observeerde hoe de toenemende hoeveelheid stof de waterdamp in de atmosfeer beïnvloedde. Dat is van belang om de evolutie van het water op Mars doorheen de tijd te begrijpen.
Profiteren van de stofstorm
Twee spectrometers aan boord, NOMAD en ACS, maakten de eerste zonnebedekkingsmetingen van de atmosfeer op hoge resolutie. Daarbij observeren ze hoe zonlicht geabsorbeerd wordt in de atmosfeer om zo de chemische vingerafdrukken van de ingrediënten ervan bloot te leggen. Dat maakte het mogelijk om de verticale distributie van waterdamp en ‘halfzwaar’ water (waarin één van de waterstofatomen vervangen is door een deuterium-atoom, een vorm van waterstof met een extra neutron) in kaart te brengen, van vlak boven het Marsoppervlak tot op meer dan 80 km hoogte.
De nieuwe resultaten volgen de invloed van stof in de atmosfeer op water en op het ontsnappen van waterstofatomen naar de ruimte. “Op de noordelijke breedtegraden zagen we dingen die er voorheen niet waren, zoals stofwolken op hoogtes van ongeveer 25-40 km. Op zuidelijke breedtegraden zagen we dan weer stoflagen die zich naar grotere hoogten verplaatsen,” zegt Ann Carine Vandaele, hoofdonderzoeker voor het NOMAD-instrument bij het BIRA.
“De toename van de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer ging opvallend snel. Ze vond plaats over een periode van slechts een paar dagen na het opsteken van de storm. Dat toont aan dat de atmosfeer snel reageert op de stofstorm.”
De ontwikkeling van een stofstorm. ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: A-C Vandaele et al (2019)
De waarnemingen stroken met globale circulatiemodellen. Stof absorbeert zonnestralen, waardoor het omringende gas opwarmt en uitzet. Dat zorgt er dan weer voor dat andere ingrediënten van de atmosfeer, zoals water, herverdeeld worden over een groter verticaal gebied. Er ontstaan ook grotere temperatuurverschillen tussen de polen en de evenaar, waardoor de atmosferische circulatie versterkt. Tegelijkertijd vormen er zich door de hogere temperaturen minder wolken van water-ijs, die het water normaal vasthouden op lagere hoogtes.
De teams maakten ook de eerste simultane waarnemingen van halfzwaar water en waterdamp. De leverde belangrijke informatie op over de processen die beïnvloeden hoeveel waterstof- en deuterium-atomen kunnen ontsnappen naar de ruimte. Zo kon ook de verhouding deuterium ten opzicht van waterstof (deuterium-to-hydrogen of D/H ratio) vastgesteld worden, een belangrijke variabele die verband houdt met de evolutie van de totale hoeveelheid water op Mars.
“We zien dat water, met of zonder deuterium, heel gevoelig is voor de aanwezigheid van ijswolken. Die beletten dat het de hogere lagen van de atmosfeer bereikt. Tijdens de storm steeg het water tot op veel grotere hoogten’”, zegt Ann Carine. “Dit werd al lang voorspeld door theoretische modellen maar dit is de eerste keer dat we het ook konden waarnemen.”
Aangezien voorspeld wordt dat de D/H ratio varieert naargelang het seizoen en de breedtegraad, wordt verwacht dat de toekomstige regionale en seizoensgebonden metingen van TGO verder bewijs zullen leveren van de processen die spelen.
Het methaanmysterie wordt dieper
De twee complementaire instrumenten zijn ook begonnen met het meten van spoorgassen in de atmosfeer van Mars. Spoorgassen maken minder dan 1 (volume)percent van de atmosfeer uit, waardoor er zeer precieze meettechnieken nodig zijn om hun exacte chemische vingerafdruk in de samenstelling van de atmosfeer vast te stellen. De aanwezigheid van spoorgassen wordt doorgaans gemeten in ‘deeltjes per miljard volgens volume’ (parts per billion by volume of ppbv). Het gehalte methaan in de atmosfeer op aarde bedraagt bijvoorbeeld 1800 ppbv, wat wil zeggen dat er in één miljard moleculen uit de Aardse atmosfeer 1.800 moleculen methaan zitten.
Methaan is bijzonder interessant voor Marswetenschappers aangezien het niet alleen uit geologische processen voortkomt maar ook kan wijzen op leven. Op Aarde komt zo’n 95% van het methaan in de atmosfeer voort uit biologische processen. Het gas wordt vernietigd door zonnestraling over periodes van enkele eeuwen. Dat betekent dat methaan dat waargenomen wordt in de atmosfeer relatief recent vrijgekomen moet zijn, ook al is het gas zelf miljoenen of miljarden jaren geleden gevormd en tot vandaag gevangen gebleven in ondergrondse reservoirs. Bovendien worden spoorgassen dag in dag uit efficiënt vermengd vlakbij het oppervlak van de planeet. Globale windcirculatiemodellen voorspellen dat methaan in de loop van enkele maanden gelijkmatig verspreid raakt rondom de planeet.
Berichten over methaan in de atmosfeer van Mars werden uitgebreid besproken omdat de waarnemingen heel sporadisch waren qua tijd en verspreid qua locatie. Ze lagen bovendien vaak op de grens van de detectiedrempels van de betrokken instrumenten. De ESA-sonde Mars Express bracht één van de eerste metingen uit een baan om Mars in 2004. Toen werd aanwezigheid van 10 ppbv methaan waargenomen.
Telescopen op Aarde meldden daarnaast zowel negatieve waarnemingen als voorbijgaande metingen tot ongeveer 45 ppbv. De Curiosity-rover van NASA, die sinds 2012 de Gale-krater op Mars verkent, suggereerde een achtergrondniveau van ongeveer 0,2 tot 0,7 ppbv methaan, met enkele hogere pieken. Minder lang geleden nam Mars Express nog een methaanpiek waar, één dag na één van de hoogste metingen van Curiosity.
TGO’s zoektocht naar methaan op Mars. ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: A-C Vandaele et al (2019)
De nieuwe resultaten van TGO leveren de meest gedetailleerde globale analyse tot dusver. Er werd niet meer dan van 0,05 ppbv waargenomen, wat 10 tot 100 keer minder methaan is dan gemeld werd bij alle voorgaande waarnemingen. De meest nauwkeurige waarnemingsdrempel van 0,012 ppbv werd bereikt op 3 km hoogte.
Als we rekening houden met een voorspelde levensduur van 300 jaar van een methaan-molecule op Mars (waarbij enkel met atmosferische afbraakprocessen rekening gehouden wordt), komt 0,05 ppbv overeen met een methaanuitstoot van maximaal 500 ton. Verspreid over de hele atmosfeer is dat een extreem laag cijfer.
“We hebben mooie, heel nauwkeurige gegevens die signalen van water tonen binnen het gebied waarin we verwachtten ook methaan te zien. Maar voor methaan kunnen we alleen melding maken van een bescheiden bovengrens, wat wijst op een globale afwezigheid van methaan,” zegt ACS-hoofdonderzoeker Oleg Korablov van het Instituut voor Ruimte-onderzoek van de Russische Academie voor Wetenschappen in Moskou.
“De heel precieze metingen van de TGO lijken in strijd te zijn met eerdere waarnemingen. Om de verschillende datasets te verzoenen en de snelle transitie van eerder gedetecteerde methaanpluimen naar de blijkbaar zeer lage achtergrondniveaus te verklaren moeten we een mechanisme ontdekken dat snel methaan vernietigt, vlakbij het oppervlak van de planeet.”
“De vraag naar de aanwezigheid van methaan en waar het vandaan komt gaf aanleiding tot veel debatten. Net zo interessant is de kwestie van waar het heengaat en hoe het zo snel kan verdwijnen,” zegt Håkan.
“We hebben niet alle puzzelstukken en zien dus nog niet het hele plaatje. Het is net daarom dat we daar zijn met de TGO. We maken een gedetailleerde analyse van de atmosfeer met de beste instrumenten die we hebben om beter te begrijpen hoe actief deze planeet is, of het nu biologisch of geologisch is.”
De belangrijkste methaanmetingen op Mars. ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: A-C Vandaele et al (2019)
De nauwkeurigste kaart van water vlak onder het oppervlak
Terwijl het felle debat over de aard en de aanwezigheid van methaan verder gaat, is het wel zeker dat er ooit water was op Mars. Ook zeker is dat het er nog steeds is, in de vorm van water-ijs en water-gehydrateerde mineralen. En waar er water was, was er misschien ook leven.
Om de locatie en de historiek van water op Mars beter te begrijpen brengt de neutronendetector FREND aan boord van de TGO de distributie van waterstof tot op één meter onder het oppervlak van de planeet in kaart. Waterstof is een bestanddeel van watermoleculen en wijst dus op de aanwezigheid van water. Het kan ook wijzen op water dat geabsorbeerd werd door het oppervlak of op mineralen die gevormd werden in aanwezigheid van water.
FREND zal één Mars-jaar—bijna twee Aard-jaren—nodig hebben om optimale statistische gegevens te bekomen en zo een kaart van de hoogste kwaliteit te genereren. Maar ook de eerste kaarten, gebaseerd op de gegevens van slechts een paar maanden, overtreffen nu al de resolutie van eerdere metingen.
De verspreiding van water vlak onder het oppervlak van Mars, ESA; spacecraft: ATG/medialab; data: A-C Vandaele et al (2019)
“In amper 131 dagen had het instrument al een kaart geproduceerd met een hogere resolutie dan die gebaseerd op 16 jaar aan gegevens van z’n voorganger, aan boord van NASA’s Mars Odyssey. En ze zal nóg beter worden,” zegt Igor Mitrofanov, hoofdonderzoeker van het FREND-instrument bij het Instituut voor Ruimteonderzoek van de Russische Academie voor Wetenschappen in Moskou.
Naast de permafrost in de poolgebieden die vanzelfsprekend rijk is aan water, toont de kaart ook in fijner detail lokale ‘natte’ en ‘droge’ gebieden. Ze toont ook waterrijke stoffen in de gebieden rond de evenaar. Dat kan er op wijzen dat er zich daar vandaag waterrijk permafrost bevindt, of dat de polen van de planeet zich daar in het verleden bevonden.
“De data worden steeds beter. Uiteindelijk zullen we beschikken over dé referentiegegevens om de waterrijke stoffen vlak onder het oppervlak van Mars in kaart te brengen. Dat is cruciaal voor ons begrip van de algemene evolutie van Mars en van waar al het vandaag aanwezige water zich bevindt,” voegt Igor toe. “Dat is van belang voor het wetenschappelijk onderzoek van Mars en waardevol voor de exploratie van Mars in de toekomst.”
“We konden eerder al genieten van mooie foto’s en stereo-beelden van Mars dankzij het beeldvormingssysteem van TGO. Nu zijn we zijn verheugd dat we een eerste blik op de data van de andere instrumenten kunnen delen,” besluit Håkan.
“We kijken uit naar een mooie toekomst waarin we verder zullen bijdragen aan de vele fascinerende aspecten van de Marswetenschap zoals de verspreiding van water onder de oppervlakte, de actieve oppervlakteprocessen en de mysteries van de Martiaanse atmosfeer.”
Terwijl Mark Rutte, Theresa May, Emmanuel Macron en andere Europese regeringsleiders om 15.00 uur bij het Berlaymontgebouw van de Europese Commissie in Brussel arriveerden om te praten over de Brexit woonden Astroblogger Jan Brandt en ik in hetzelfde gebouw de persconferentie bij die werd gegeven om de resultaten van de Event Horizon Telescope (EHT) bekend te maken. Die resultaten zijn inmiddels bekend en ze zijn over de hele wereld voorpagina- en hoofdjournaal-nieuws. Het was een enerverende middag, nee wat zeg ik, als ik Eurocommissaris Carlos Moedas mag citeren, het was een historische middag, een middag die het moment markeert van ’the time before the image and the time after the image‘. Een goed moment dus om even terug te blikken en enkele opmerkelijke zaken die wij als Astrobloggers tegenkwamen te melden.
Ten eerste waren Jan en ik best wel verbaasd dat het het zwarte gat in het centrum van het elliptische stelsel M87 betrof, een sterrenstelsel dat 55 miljoen lichtjaar van de aarde af staat, en niet Sagittarius A* (kortweg Sgr A*), het zwarte gat in het centrum van de Melkweg dat slechts 27.000 lichtjaar van ons vandaan staat. De verklaring bleek de volgende te zijn:
Credit: EHT.
Dit zijn de foto’s die de EHT bij een golflengte van 1,3 mm van het zwarte gat in M87 wist te maken op vier heldere dagen in april 2017. Ze zijn bijna hetzelfde en na het stacken van de vier komt dé foto van het zwarte gat in M87 er uit. Maar waarom geen gestackte foto van Sgr A*? Omdat Sgr A* te grillig is, teveel activiteit vertoont. De EHT heeft een lange belichtingstijd nodig en die vraagt dat dat het zwarte gat zich gedeist houdt, niet teveel activiteit vertoont. En da’s bij M87*, zoals Heino Falcke het zwarte gat aldaar voor het gemak even noemt, wel het geval. Die is zo gigantisch groot, dat ‘ie over die paar dagen van opnametijd géén activiteit vertoonde. Maar Sgr A* vertoont een grote variabiliteit en dat zorgt voor een soort van Blur-effect [1]Nog even een verduidelijking over de verklaring waarom wel M87* is gefotografeerd, maar niet Sgr A*. Dat heeft zoals ik zeg te maken met de grilligheid van Sgr A*, doordat er materie in valt vertoont … Continue reading. De EHT-wetenschappers hebben uiteraard wel foto’s gemaakt van Sgr A*, maar die zijn ze nog aan het bewerken om die blur eruit te krijgen.
In het filmpje dat Monique had geplaatst is te zien dat ik vroeg hoe het nou zit met de accretieschijf van M87*, of ze die ook hebben getracht te fotograferen en hoe die schijf zich verhoudt tot hetgeen op de foto te zien is. Tijdens de persconferentie gaven drie wetenschappers er antwoord op, maar na afloop vroegen we Luciano Rezzolla (Goethe University Frankfurt) nog specifiek hoe het nou precies zat. Het blijkt uit de waarnemingen dat de ring rondom de waarnemingshorizon, die we op de foto zien, asymmetrisch is, aan de onderkant is ‘ie helderder dan boven. Dat wijst erop dat materie (en het licht dat dat uitstraalt) aan de zuidkant onze kant opkomt en aan de noordkant van ons afgaat. De jet of straalstroom die vanuit het zwarte gat de ruimte in stroomt maakt een hoek van 17° met het gezichtveld waarmee wij naar M87 kijken. Het lijkt erop dat het zwarte gat met de klok mee roteert en dat z’n spinas een bepaalde hoek met ons gezichtveld maakt. Zie voor meer info ook paper V in het rijtje onderaan.
We spraken in Brussel nog met Princeton-baas en DWDD’er Robbert Dijkgraaf, die heel enthousiast was over de bekendmaking van de resultaten. Het gaf volgens hem aan hoe belangrijk het was wat Einstein meer dan honderd jaar geleden al voorspelde met zijn relativiteitstheorie, het bestaan van objecten als zwarte gaten. Over de benaming van het zwarte gat – M87* als voorlopige benaming – was hij niet tevreden. Daar moesten we maar gauw een andere naam voor verzinnen, eentje die veel pakkender is. Ik voel een wedstrijd opkomen zei ik tegen hem en daar was hij het helemaal mee eens. Wij lieten nog even aan Dijkgraaf de foto zien die collega-Astroblogger Paul Bakker al weer vijf jaar geleden heeft gemaakt van de jet in M87, aangevend dat zoiets ook voor amateurs-sterrenkundigen is weggelegd. Dijkgraaf was daar best van onder de indruk – Paul, die kan je in je zak steken. 🙂
Heino Falcke is na vanmiddag wellicht Nobelprijs-waardig, maar er zat ook een heuse Nobelprijswinnaar in de zal, de Australische sterrenkundige Brian Schmidt. Men hem spraken we ook even en ik herinnerde hem eraan dat we elkaar vier jaar geleden in Leiden ook al eens hadden gezien, tijdens de Oort-lezing aldaar.
Schmidt houdt zich bezig met waarnemingen aan type Ia supernova en daarmee aan de versnelde uitdijing van het heelal als gevolg van donkere energie. Wat heeft dat dan te maken met zwarte gaten en met de EHT-telescoop, vroeg ik hem? Net als Dijkgraaf verwees hij naar Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie, waarmee het honderd jaar geleden allemaal begon. Die theorie staat alleen aan de basis van het model dat de evolutie van het heelal beschrijft, maar geeft ook het theoretische raamwerk voor de zwarte gaten. En daarmee was het ook voor hem een zeer boeiende middag.
Tijdens de persconferentie werd diverse malen verwezen naar de diverse simulaties en grafieken waarmee alles wat er rondom M87* plaatsvindt wordt verduidelijkt. Welnu, ik heb hieronder een anatomie van M87* staan én een video.
De anatomie van het zwarte gat in m87. Credit: ESO.
Hieronder de 17 minuten durende video met de gebeurtenissen die tot deze historische foto hebben geleid, van de wetenschap van Einstein en Schwarzschild tot de worstelingen en successen van de EHT-samenwerking.
Tenslotte de wetenschappelijke publicaties die horen bij de ontdekking. Tijdens de persconferentie werd al gezegd dat er zes publicaties zijn verschenen, vandaag gepubliceerd in een speciale uitgave van The Astrophysical Journal Letters. Welnu, dit zijn die zes vakartikelen, voor de liefhebbers van hardcore wetenschap:
Nog even een verduidelijking over de verklaring waarom wel M87* is gefotografeerd, maar niet Sgr A*. Dat heeft zoals ik zeg te maken met de grilligheid van Sgr A*, doordat er materie in valt vertoont ‘ie flikkeringen en omdat opnames lang duren levert die flikkering een ‘blur’ op, een wazigheid van de foto. M87* trekt ook materie aan, nog veel meer dan Sgr A*, dus ook die zal zo’n flikkering van intensiteit meemaken. Alleen staat hij 2000 keer verder weg dan Sgr A* en daarom is die flikkering veel minder goed zichtbaar vanaf de aarde. Hij is ten opzichte van Sgr A* ook 2000 keer groter (40 miljard km in doorsnede), dus die grootte compenseert de afstand. Daarom ziet M87* er op de foto veel ‘rustiger’ uit dan Sgr A*, die we dus nog tegoed hebben. Wordt vervolgd. 😀
Sterrenkundigen zijn er voor het eerst in geslaagd een foto te maken van een superzwaar zwart gat en zijn schaduw. Ze maakten de opname met de Event Horizon Telescope (EHT), een wereldwijd netwerk van acht radiotelescopen, die samen een virtuele telescoop ter grootte van de aarde vormen. Het nieuws werd gelijktijdig op zes persconferenties over de hele wereld gepresenteerd.
Bij het project zijn astronomen betrokken van de Radboud Universiteit, de Universiteit van Amsterdam, de Universiteit Leiden, de NOVA-technische submm-groep van de Rijksuniversiteit Groningen en JIVE.
Het resultaat is gepubliceerd in zes wetenschappelijke artikelen in een speciale uitgave van het vaktijdschrift Astrophysical Journal Letters. Op de foto staat het zwarte gat in het centrum van Messier 87, een zwaar sterrenstelsel in de Virgocluster. Dit zwarte gat staat op een afstand van 55 miljoen lichtjaar van de aarde en is 6,5 miljard keer zo zwaar als onze zon.
De koppeling van de acht telescopen levert een ongekende gevoeligheid en resolutie op. Verschillende beeldvormingstechnieken hebben keer op keer tijdens onafhankelijke waarnemingen met de EHT een ringachtige structuur onthuld met een donker gebied in het midden, de schaduw van het zwarte gat in M87.
“Wetenschappers van over de hele wereld hebben samengewerkt,” zegt een trotse voorzitter van het EHT-bestuur Anton Zensus (Max Planck Institut für Radioastronomie in Bonn, Duitsland). EHT-projectdirecteur Sheperd S. Doeleman (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, VS) spreekt van “een mijlpaal binnen de sterrenkunde, bereikt met een team van meer dan tweehonderd onderzoekers uit achttien landen”.
Messier 87, vastgelegd door ESO’s Very Large Telescope. (c) ESO.
Aan de wieg
Heino Falcke, hoogleraar astrodeeltjesfysica en radioastronomie aan de Radboud Universiteit, is de voorzitter van de wetenschappelijke raad van de EHT en stond aan de wieg van het idee om met een telescopennetwerk een zwart gat te fotograferen. “Als het zwarte gat zich bevindt in een helder gebied, zoals een schijf van gloeiend gas, verwachten we dat het een donker gebied, vergelijkbaar met een schaduw, creëert. Wij hebben de foto ook vergeleken met supercomputersimulaties van verschillende modellen van zwarte gaten. Deze simulaties sluiten verrassend goed aan op de waarnemingen en maken het mogelijk om de eigenschappen van het zwarte gat te bepalen.”
De schaduw wordt veroorzaakt door de afbuiging van het licht door de kromming van de ruimte en door de absorptie van het licht in de zogeheten waarnemingshorizon van het zwarte gat. De horizon is de rand van het gebied waaruit niets meer, zelfs geen licht, kan ontsnappen aan het zwarte gat. Falcke: “Vorm en grootte van de schaduw passen perfect bij wat we hadden verwacht op basis van Einsteins algemene relativiteitstheorie en het bestaan van een waarnemingshorizon.”
Exotische objecten
Zwarte gaten zijn exotische kosmische objecten met gigantische massa’s, maar met een kleine omvang. Een zwart gat oefent extreme invloed uit op zijn omgeving. Het kromt de ruimtetijd en verhit omringend materiaal tot superhoge temperaturen. “De grootte van de schaduw is gerelateerd aan de massa van een zwart gat, en we hebben de enorme massa van het zwarte gat in M87 nu ook echt kunnen meten,” zegt Sera Markoff, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Amsterdam. Markoff is lid van de wetenschappelijke raad van de EHT en co-coördinator van de Multiwavelength Working Group.
“We weten dat zwarte gaten een gigantische invloed op hun omgeving hebben, op schalen die honderden miljoenen keren groter zijn dan die van hun waarnemingshorizon. Met de EHT hebben we nu voor het eerst direct kunnen kijken naar de oorsprong van dit proces,” voegt Markoff toe.
Nieuw instrument
Wetenschappers hebben met de EHT een nieuw instrument in handen om de meest extreme objecten in het heelal te bestuderen, die Einstein voorspelde. Het resultaat komt precies honderd jaar na het experiment dat Einsteins theorie voor het eerst bevestigde.
De projectmanager van het EHT-project Remo Tilanus (Universiteit Leiden en Radboud Universiteit) is opgetogen: “Dit fantastische resultaat volgt op jaren van hard werk van teams over de hele wereld om de EHT technisch te realiseren en klaar te hebben voor de waarnemingen in 2017. Dat is een gouden jaar geworden: niet alleen werkte alles foutloos, zelfs het weer was overal perfect.”
Deze figuur toont de locaties van de telescopen die gebruikt zijn in de EHT-waarnemingen van M87 in 2017. (c) NRAO.
Teamwerk
Aan de Radboud Universiteit heeft een team van tien onderzoekers en studenten, mede onder leiding van de astrofysici Monika Moscibrodzka en Ciriaco Goddi, de afgelopen twee jaar hard gewerkt om dit resultaat te bereiken. Ze hebben deelgenomen aan de waarnemingen met de diverse telescopen en hebben een cruciale bijdrage geleverd aan de data-analyse en de ontwikkeling van theoretische modellen.
Belangrijke bijdragen zijn geleverd door de Universiteit van Amsterdam op het gebied van modellering en interpretatie, door de Allegro-groep van de Universiteit Leiden voor de kalibratie van de waarnemingen, door JIVE op het gebied van data-analysesoftware en door de NOVA-submm-groep van de Rijksuniversiteit Groningen voor gespecialiseerde apparatuur.
Vervolg
Heino Falcke (Radboud Universiteit) kijkt ernaar uit om met verbeteringen in het netwerk op jacht te gaan naar scherpere foto’s. “Een nieuw tijdperk is aangebroken, waarin de ultieme grens van ruimte en tijd geen abstract concept meer is, maar een meetbare realiteit. Om de gevoeligheid te verhogen willen wij het EHT-netwerk uitbreiden en een millimetertelescoop in Afrika bouwen. Gelukkig hebben wij daar nu al de eerste steun van verschillende partijen en zelfs bedrijven voor.” Bron: Astronomie.nl.
Woensdag 10 april om 15.00 uur worden middels een persconferentie o.a. in Brussel de resultaten bekendgemaakt van de waarnemingen met de Event Horizon Telescope aan de superzware zwarte gaten in het centrum van de Melkweg – da’s Sagittarius A* – en in het elliptische stelsel M87. Die persconferentie is live te volgen via onderstaande video. Daaronder informatie over wie er bij die persconferentie zullen zijn.
De deelnemers aan de personferentie zijn:
Carlos Moedas , EU Commissioner for Research, Science and Innovation (speaking at the press conference)
Heino Falcke, Radboud University in Nijmegen, Chair of Science Council of the Event Horizon Telescope, grantee of the European Research Council (speaking at the press conference)
Anton Zensus, Max Planck Institute of Radio Astronomy, Chair of the Board of Event Horizon Telescope (speaking at the press conference)
Luciano Rezzolla, Goethe University Frankfurt, grantee of the European Research Council (speaking at the press conference)
Eduardo Ros, Max Planck Institute of Radio Astronomy (speaking at the press conference)
Monika Moscibrodzka, Radboud University in Nijmegen, team member of European Research Council project BlackHoleCam (speaking at the press conference)
En namens de Astroblogs zijn Jan Brandt en ondergetekende live aanwezig in Brussel. 🙂
Een voorbeeld van een dubbelster met een koele subdwerg en een gewone witte dwerg. Credit: Mark Garlick
Britse sterrenkundigen van de Universiteit zijn er in geslaagd om een camera te maken, die met een zeer korte sluitertijd zeer gedetailleerde foto’s van sterren kan maken. Normaal gesproken is de sluitertijd van camera’s minuten tot vele uren om een afbeelding van zwakke sterren te krijgen, maar met de HiPERCAM is men in staat foto’s te maken die slechts een milliseconde sluitertijd vergen, meer dan duizend foto’s per seconde. Die revolutionaire camera is verbonden aan de 10,4 meter Gran Telescopio Canarias (GTC), de grootste optische telescoop ter wereld. En dankzij die combinatie van snelle en gevoelige camera en grote telescoop hebben Vik Dhillon, Steven Parsons en Stuart Littlefair voor het eerst goed onderzoek kunnen doen aan oude, metaalarme sterren, die ook wel koele subdwergsterren worden genoemd, een klasse sterren waarvan de Ster van Kapteyn het meest bekende voorbeeld is. Die sterren vertonen een grillig karakter, waarbij ze in korte tijd sterk kunnen variëren in lichtkracht.
De HiPERCAM in het Cassegrain brandpunt van de GTC. Credit HiPERCAM Collaboration.
Dankzij de HiPERCAM heeft men daar nu onderzoek naar kunnen doen en heeft men de massa en straal van één zo’n koele subdwerg nauwkeurig kunnen bepalen en wel van SDSS J235524.29+044855.7, een dubbelster met een koele subdwerg en een gewone witte dwerg (zie de impressie bovenaan). Hier het vakartikel over de waarnemingen met de HiPERCAM. Bron: Universiteit van Sheffield.
Even een waarschuwing vooraf. Deze blog is niet direct astro-gerelateerd, maar raakt toch een boel onderwerpen die enigszins astronomische betekenis hebben en het intrigeerde me zo dat ik de links en knipsels die ik verzamelde in een blog heb uitgewerkt. Deze blog is in ieder geval geen uitnodiging om de rondheid van de Aarde te bediscussiëren. Daarvoor ben je op deze website aan het verkeerde adres.
Het is alweer 3 jaar geleden dat ik deze blog in concept aanmaakte. Op de site spaceweather.com kwam ik destijds onderstaande foto tegen met het volgende bijschrift (vrij vertaald).
Op de avond van 1 november 2016 bekeek J.P. Pettit de zonsondergang vanuit Marseille, Frankrijk. Toen de zonneschijf op de horizon in het water van de Middellandse zee leek te zakken, zag hij het silhouette van een puntige bergketen… “Wat gek is,” zei Pettit, “want er zijn geen bergen in de Middellandse zee.” Dus nam hij deze foto als bewijs voor zijn waarneming:
Credit: J.P. Petitt
In de kijkrichting waar Pettit de foto maakte is pas na ruim 265 kilometer een bergketen te zien. En warempel, deze bergketen heeft dezelfde vorm als op de foto.
Credit: Google Earth
Hoe kan dit? Wat is hier aan de hand? In het artikel op spaceweather.com stond uiteraard al uitgelegd hoe het zat, maar verder onderzoek leidt je al gauw naar websites van aanhangers van het Platte-Aarde-geloof. Immers zulke afstanden zouden op een ronde Aarde toch niet zichtbaar zijn?
Hoe ver ligt de horizon dan?
Wanneer de atmosferische omstandigheden geen rol spelen en er geen obstakels zijn die je het zicht ontnemen, is de daadwerkelijke horizon voor iemand van 1.90 lang (hoog) ongeveer 5 kilometer van je verwijderd. Wanneer je het hogerop zoekt op bijvoorbeeld een uitkijk toren van zo’n 30 meter hoog dan verleng je je zichtveld tot ongeveer 20 kilometer. Voorbij de horizon, zorgt de kromming van de Aarde ervoor dat je niet verder kan kijken.
Maar objecten die zelf hoog zijn, kan je dus op grotere afstanden zien doordat ze boven ‘jouw’ horizon uitsteken.
Zo is op deze foto van windmolens, die blijkbaar vanaf een strand genomen is, te zien dat slechts het bovendeel van de windmolens zichtbaar is. Stel dat deze windmolens 100 meter hoog zijn, dan bevinden deze zich waarschijnlijk op zo’n 35 kilometer uit de kust.
En hoe zit het dan met die verre berg? Even googelen leert dat de berg Canigou, zoals hij blijkt te heten, 2784 meter hoog is. Wanneer we dan deze gegevens invoeren in de eerder genoemde calculator komen we op een probleem.
De fotograaf zegt de foto genomen te hebben vanuit Marseille en noemt geen specifieke plek. Laten we daarom maar even uit gaan van gewoon vanaf het strand. Objecten op 265 kilometer afstand moeten een hoogte van minstens 5306 meter hebben om zichtbaar te worden. Volgens de Earth Curve Calculator website zou de top van de berg vanuit Marseille gezien zich dus ruim 2500 meter onder de horizon moeten bevinden. Toch zijn op de foto (waarschijnlijk vele) honderden meters van de berg te zien.
Atmosferische refractie
Dat is de term voor het effect wat hier eigenlijk plaatsvindt. De luchtlagen in onze atmosfeer werken als een prisma op de lichtstralen. Er vindt straalbreking plaats; Het afbuigen van de lichtstraal. Hierdoor lijkt de laagstaande zon hoger te staan dan dat dit in werkelijkheid het geval is. Op de horizon kan het effect oplopen tot een afwijking van een halve graad. En hoe hoger de waarnemer zich bevindt, hoe sterker dit effect.
Kortom, in de foto van Pettit zie je de zon die eigenlijk al achter de horizon verdwenen is, maar door de refractie kijk je als het ware om de kromming van de Aarde heen en zie je hem toch nog. En vanuit Marseille gezien gaat de Zon precies achter de Canigou onder, rond 2 november en 8 februari. Het silhouette wordt dan net zo ‘omhoog getild’ door de refractie.
Canigou-effect
De Canigou berg is veelvuldig vanuit Marseille gefotografeerd door ene Alain Origné, die er een hele achtergrond studie aan gewijd heeft. Zie voor een heleboel voorbeelden zijn website: http://canigou.allauch.free.fr/Photos-anims.htm en vergeet zeker niet ook de animaties te bekijken!
Sterker nog, deze Alain Origné was zeker niet de eerste die foto’s van de Canigou maakte vanuit Marseille. Al in 1808 beschreef de Hongaarse astronoom Baron Franz Xaver von Zach het fenomeen. Het duurde nog 90 jaar voordat ene Oscar Gross het op de gevoelige plaat vastlegde. Er zijn zoveel waarnemingen waardoor het zien van de berg vanuit Marseille een zekere bekendheid gekregen heeft. Daardoor heeft het zien van verre bergen voorbij de horizon de naam “Canigou-effect” gekregen.
Het record lange-afstand fotografie
Er zijn dus meer van die waarnemingen en op de website met de toepasselijke naam beyondhorizons.eu zijn een aantal van deze vergezichten verzameld. Zo staat het huidige record van een foto op Aarde van een ander object op Aarde op 443 kilometer! Dat is absurd ver voor een foto! Dat is de afstand van mijn woonplaats tot de Brandenburger Tor in Berlijn!
Als laatste nog even de prachtige website van Ulrich Deuschle die o.a. door beyondhorizons.eu gebruikt wordt voor het visualiseren van hun record foto. De site houdt rekening met de atmosferische refractie en kan zo ook het Canigou effect prima simuleren. Ik heb de gegevens van de Canigou foto ingevoerd en dat levert dan dit plaatje op. Klik hier voor het live-resultaat.
Astronomen hebben voor het eerst een planeet waargenomen die het overlijden van diens moederster heeft overleefd. De planeet in kwestie staat bekend als SDSS J122859.93+104032.9b (SDSS J1228+1040b voor vrienden) en is slechts 400 tot 600 kilometer groot, maar moet vroeger veel groter zijn geweest. De planeet bevindt zich op 500.000 kilometer van de moederster en voltooit in slechts twee uur tijd een volledige omloopbaan. De planeet is ingebed in een omvangrijke puinschijf, die wellicht is opgebouwd uit de restanten van hemellichamen die minder geluk hebben gehad. In het kielzog van de planeet is daarnaast een staart van gas aangetroffen, van een onzekere herkomst. Wellicht wordt dit gas geproduceerd door botsingen tussen de planeet en kleiner puin.
Maar waarom is deze ontdekking zo bijzonder? Als zon-achtige sterren hun brandstof verbruikt hebben, zullen ze gaan opzwellen en uiteindelijk hun buitenlagen gaan afstoten. Dit gaat met dusdanig veel geweld, dat de meeste planeten die rondom de ster draaien het onderspit zullen delven. Uiteindelijk wordt slechts de naakte kern van de ster achtergelaten, die nog lang zal nagloeien. Deze zogenaamde “witte dwergster” heeft een onvoorstelbaar hoge dichtheid en dus een geweldige zwaartekracht. Daarmee is de planeet in kwestie dubbel bijzonder – SDSS J1228+1040b heeft niet alleen het sterfproces van de moederster overleeft, maar staat ook op zeer korte afstand tot de moederster, zonder aan stukken gescheurd te worden door de enorme zwaartekracht. Dat betekent dat de planeet moet zijn opgebouwd uit materialen die bestand zijn tegen dergelijke krachten, zoals ijzer en overige zware metalen.
Overigens zijn wel vaker planeten aangetroffen bij witte dwergen, maar dat betrof steeds planeten die bij een tweede ronde van planeetvorming zijn ontstaan, dus ná het overlijden van de moederster. Dat is in het geval van SDSS J1228+1040b vermoedelijk niet het geval. Zowel de planeet als de moederster bevinden zich trouwens op een afstand van 410 lichtjaar vanaf de aarde en zijn niet zichtbaar vanaf onze planeet, tenzij je gebruik maakt van een zeer grote telescoop, zoals in dit geval de Gran Telescopio Canarias op het Canarische eiland La Palma.
De ontdekking van de planeet is verricht door een internationaal team van astronomen (waaronder de Nederlanders Silvia Toonen en Simon Portegies Zwart) en is mogelijk gemaakt doordat hij kleine, regelmatige fluctuaties veroorzaakt in het spectrum van de witte dwerg. Volgens Portegies Zwart vertelt de ontdekking ons meer over de verre toekomst van het zonnestelsel. Over zo’n 6 miljard jaar zal de zon namelijk op soortgelijke wijze aan haar einde komen, waarbij onze aardkloot gedoemd zal zijn. Vermoedelijk zullen we opgeslokt worden door de uitdijende buitenlagen van de zon. Als dat niet het geval is, zullen we waarschijnlijk naar buiten geblazen worden en door Jupiter in het heelal geknikkerd worden.
Het volledige vakartikel betreffende de ontdekking kan hier ingezien worden.
Van ruimte UFO’s naar aardse ADIFO’s, de ‘All-Directional Flying Object’ is een schijfvormig vliegtuig waarvan het gehele oppervlak vleugel is. Bedacht en ontworpen door Razvan Sabie en Iosif Taposu, twee Roemeense ingenieurs, die met de ADIFO, en de naam suggereert het al enigszins, en zijn ongekende manoeuvreerbaarheid de luchtvaart vele nieuwe toepassingen moet gaan bieden. En dit was ook precies de bedoeling van de twee Roemeense uitvinders, het vliegende schotel ontwerp biedt een grote vliegbehendigheid gekoppeld aan een breed bereik van snelheden.Lees verder →
