19 juni 2021

Wat volgt er na de foto van de waarnemingshorizon van een zwart gat? Dat van de fotonring?

Links de EHT foto van M87*, midden een simulatie van het licht om het zwarte gat, rechts een simulatie van hoe de ngEHT het zou kunnen zien. De stippelllijn geeft de fotonring weer, de witte doorgetrokken lijn de binnenste schaduw. Credit: Chael et al.

De foto van de waarnemingshorizon van M87* (alias Powehi), het superzware zwarte gat in het centrum van het elliptische sterrenstelsel M87, gemaakt met de Event Horizon Telescope (EHT) kennen we allemaal, die staat sinds 10 april 2019 op ons netvlies gebrand. En voor wie onder een steen heeft gelegen: op Netflix is momenteel de schitterde documentaire ‘Black holes, the Edge of all we Know‘ te zien, waarin we onder andere Shep Doeleman en Heino Falcke zien in hun jacht op die allereerste foto van een zwart gat. Afijn, die foto is historisch, maar roept ook meteen de vraag op ‘What’s Next?‘ En dan komen we meteen uit bij de opvolger van de EHT, de ngEHT, ja goed geraden, de next generation EHT, we hadden het er eerder al over. Bij de ngEHT willen ze de acht telescopen van de EHT uitbreiden met meerdere waarneemstations, verspreid over de wereld, weergegeven met de gele en oranje stations op de kaart hieronder.

Credit: EHT Collaboration.

Die ngEHT moet in staat zijn om de zogeheten fotonring van een zwart gat te fotograferen. Wat we op de foto van M87* zien is licht van gloeiend heet gas en stof dat om de waarnemingshorizon van M87* afbuigt en onze kant uit komt – deze blog gaat over de wijze waarop dat precies gebeurt. Maar dat licht is enigzins verstrooid en is niet het licht dat het dichtste bij de waarnemingshorizon vandaan komt. Dát licht wat het meest dicht bij die ultieme grens van het zwarte gat ligt is de fotonring. Die zou op foto’s als een dunne, heldere ring te zien moeten zijn.

De verschillende lichtpaden van het sterk afgebogen licht kan een fotonring vormen. Credit: Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian

De ring zit feitelijk ook in de EHT foto van M87*, maar daarop wordt hij overstraald door het wazige licht van het hete gas en stof verder van het zwarte gat, een waas die ook veroorzaakt wordt door het oplossend vermogen van de EHT. De ngEHT heeft een veel beter oplossend vermogen. Fotonen kunnen door de sterke verbuiging van de ruimte rondom het zwarte gat één keer om het zwarte gat vliegen of zelfs meerdere keren. Dat zorgt er voor dat er meerdere lagen van licht rondom het zwarte gat ontstaan, lagen die de sterrenkundigen met behulp van de ngEHT als ware het de schillen van een ui willen ontleden. Op de afbeelding hieronder zie je een impressie van al die lagen.

Credit: George Wong (UIUC) and Michael Johnson (CfA)

De ngEHT zou zelfs nog een stap verder kunnen gaan. De ngEHT kan theoretisch namelijk ook de waarnemingshorizon van een zwart gat zelf zien. Het donkere centrale gebied van de M87*-foto is niet dat van de waarnemingshorizon, maar is de schaduw van het zwarte gat veroorzaakt door de fotonenring. Maar binnen het centrale gebied zou er een binnenste schaduw moeten zijn, een schaduw van de waarnemingshorizon -in de bovenste afbeelding helemaal rechts te zien met de witte lijn. De berekeningen van Andre Chael en z’n collega’s laten zien dat deze binnenste schaduw geen eenvoudige cirkel is, maar dat z’n vorm afhangt van de grootte en rotatie van het zwarte gat.
Hier is het vakartikel van Chael et al over de berekeningen aan de fotonring van zwarte gaten en de ngEHT. Bron: Universe Today.

Comments

  1. Zou ook interessant zijn om het röntgen Fe spectrum mee te nemen om de accretie disk te visualiseren. https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/heapow/archive/compact_objects/v4641sgr_ufs_bsax.html

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: