21 mei 2019

Telescopen in de ruimte voor nog scherpere foto’s van zwarte gaten

De EHI heeft in de ruimte een ruim vijf keer hogere resolutie dan de EHT op aarde en foto’s kunnen met een grotere betrouwbaarheid worden gereconstrueerd. Linksboven: Model van Sagittarius A* op een waarneemfrequentie van 230 GHz. Rechtsboven: Simulatie van een foto van dit model met de EHT. Linksonder: Model van Sgr A* op een waarneemfrequentie van 690 GHz. Rechtsonder: Simulatie van een foto van dit model met de EHI.

Nu het sterrenkundigen is gelukt om de eerste foto van een zwart gat te maken, staat de volgende uitdaging voor de deur: nog scherpere foto’s waarmee Einsteins relativiteitstheorie getest kan worden. Sterrenkundigen van de Radboud Universiteit, samen met onder meer de Europese ruimtevaartorganisatie (ESA), presenteren nu een concept om dat te doen door radiotelescopen de ruimte in te sturen. Ze presenteren hun plannen in het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
Het idee is om twee of drie satellieten in een cirkelbaan rond de aarde te brengen die zwarte gaten gaan waarnemen. De sterrenkundigen noemen het concept de ‘Event Horizon Imager’ (EHI). In de nieuwe studie presenteren de onderzoekers simulaties van hoe foto’s van het zwarte gat Sagittarius A* eruit zouden zien als ze gemaakt zouden worden door dit soort satellieten.

Meer dan vijf keer zo scherp

‘Het heeft veel voordelen om satellieten te gebruiken in plaats van vaste radiotelescopen op aarde, zoals gedaan is bij de Event Horizon Telescope (EHT)’, aldus Freek Roelofs, promovendus astrofysica aan de Radboud Universiteit en eerste auteur van de publicatie. ‘In de ruimte kun je waarnemingen doen met hogere radiofrequenties, omdat die frequenties vanaf aarde uitgefilterd worden door de atmosfeer. Ook de afstand tussen de telescopen wordt groter in de ruimte. Hiermee kan een grote sprong voorwaarts gemaakt worden. We zouden foto’s kunnen maken met een resolutie die meer dan vijf keer hoger is dan de EHT.’
Scherpere foto’s van een zwart gat leiden tot betere informatie waarmee Einsteins algemene relativiteitstheorie in meer detail getest kan worden. ‘Het feit dat de satellieten rond de aarde bewegen heeft grote voordelen’, zegt Heino Falcke, hoogleraar radioastronomie. ‘Hiermee kun je bijna perfecte foto’s maken en echte details van zwarte gaten zien. Als er kleine afwijkingen van Einsteins theorie zijn, zouden we dit moeten zien.’
Ook kan de EHI zo’n vijf extra zwarte gaten fotograferen die kleiner zijn dan de zwarte gaten waar de EHT nu op focust. Die laatste zijn Sagittarius A* in het centrum van onze Melkweg en M87* in het centrum van Messier 87, een zwaar sterrenstelsel in de Virgocluster.

Eerste foto van een zwart gat, M87*, gemaakt met de EHT. (c) EHT Collaboration.

Technologische uitdagingen

De onderzoekers hebben gesimuleerd wat ze met verschillende varianten van de techniek onder verschillende omstandigheden zouden kunnen zien. Hiervoor maakten ze gebruik van modellen van het gedrag van het plasma rond het zwarte gat en de straling die daardoor wordt uitgezonden. ‘De simulaties zien er wetenschappelijk gezien veelbelovend uit, maar op technisch vlak zijn nog obstakels te overwinnen’, zegt Roelofs.
Om de technische haalbaarheid van het project te onderzoeken werkten de sterrenkundigen samen met onderzoekers van ESA/ESTEC. ‘Het concept vereist dat je heel goed de positie en de snelheid van de satellieten moet kunnen weten’, aldus Volodymyr Kudriashov, onderzoeker bij het Radboud Radio Lab en tevens werkzaam bij ESA/ESTEC. ‘Maar wij denken dat het project echt haalbaar is.’
Ook moet er nagedacht worden over hoe de satellieten data uitwisselen. ‘Bij de EHT worden harde schijven met data per vliegtuig vervoerd, dat kan natuurlijk niet in de ruimte.’ In dit concept wisselen de satellieten de data uit via een laserlink en wordt de data aan boord al gedeeltelijk verwerkt en vervolgens naar de grond gestuurd voor verdere analyse. ‘Laserlinks bestaan al in de ruimte’, benadrukt Kudriashov.

Hybride systeem

Het idee is dat de satellieten in eerste instantie los van de EHT-telescopen gaan fungeren. Maar er wordt ook nagedacht over een hybride systeem, waarbij de zwevende telescopen gecombineerd worden met die op aarde. Falcke: ‘Met zo’n hybride vorm zouden er ook mogelijkheden zijn voor het maken van bewegende beelden van een zwart gat, en je zou nog meer en ook zwakkere bronnen kunnen waarnemen.’ Bron: Radboud Universiteit.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.