Sagittarius A*: Het zwarte gat dat rechtstreeks op de Aarde zou kunnen wijzen

Elke ster aan de nachtelijke hemel draait langzaam om iets wat niemand kan zien. In het centrum van de Melkweg bevindt zich Sagittarius A*, een superzwaar zwart gat dat 4.297 miljoen keer zo zwaar is als de Zon. De vreemde geometrie van hoe dit gat energie in de ruimte uitstraalt, zou kunnen betekenen dat een van zijn jets rechtstreeks op ons zonnestelsel is gericht.

Sagittarius A* — astronomen zeggen simpelweg "Sgr A-ster" — kan niet rechtstreeks worden gefotografeerd, omdat er geen licht aan kan ontsnappen. Alles wat we weten, komt voort uit het observeren hoe gas, sterren en radiogolven zich in de buurt gedragen. Tientallen jaren van dit speurwerk transformeerden een zwak radiegeruis in een van de best bestudeerde objecten in de galáxie, waardig van een Nobelprijs en een foto genomen met een telescoop ter grootte van de Aarde.

In april 1933 zocht ingenieur Karl Jansky naar de bron van statische storingen die transatlantische telefoongesprekken verstoren. Hij volgde een radiosignaal naar de richting van het sterrenbeeld Boogschutter, naar het centrum van onze galáxie. Hij had geen manier om te weten dat hij net het galactische centrum zelf had ontdekt.

Het zou nog vier decennia duren voordat iemand het exacte object kon isoleren. Astronomen Bruce Balick en Robert Brown bepaalden een compacte radiobron daar op 13 en 15 februari 1974, met behulp van een gekoppeld paar radioschotels van het National Radio Astronomy Observatory. Deze precisie — het lokaliseren van een enkel punt begraven in een veel groter, helderder radiogloeien — is wat uiteindelijk latere teams in staat stelde het puntje te verbinden met een zwart gat in plaats van het simpelweg als een ongewoon luid stuk hemel te beschouwen.

Astronomen ontdekten een sluier van gas, genaamd G2, die naar Sagittarius A* viel, en voorspelden dat de dichtstbijzijnde passage, een moment genaamd peribothron, rond mei 2014 zou plaatsvinden. Telescopen over de hele wereld draaiden rond om toe te kijken, hopend het zwarte gat de wolk in real-time uit elkaar zien scheuren.

De show begon eigenlijk nooit echt. Vervolgwaarnemingen onthulden dat het materiaal dat naar Sagittarius A* spiraled, opmerkelijk stabiel bleef tijdens de ontmoeting, zonder enig teken van verstoring vanuit de aankomst van G2. De anticlimax was zelf nuttig: het vertelde onderzoekers dat het voedingspatroon van het zwarte gat veerkrachtiger is tegen een voorbijgaande wolk dan modellen hadden aangenomen, een beperking die nog steeds bepaalt hoe wetenschappers materie simuleren die in zwarte gaten valt elders.

Terwijl iedereen op G2 wachtte, had Sagittarius A* zijn eigen woedebui. Op 14 september 2013 ving de Chandra X-ray Observatory een flare 400 keer helderder dan het normale, stille gloeien van het zwarte gat — een uitbarsting bijna 3 keer sterker dan de vorige recordhouder, ingesteld begin 2012. Weken later, nadat alles was kalmeert, registreerde Chandra een tweede uitbarsting, deze 200 keer helderder dan normaal, in oktober.

Omdat beide flarsen veel voor de voorspelde dichtste benadering van G2 plaatsvonden, konden zij niet door de wolk zijn geactiveerd die iedereen bekeek. De voornaamste verklaring is veel vreemder: iets kleiners en dichters, mogelijk een zwerffende asteroïde, die veel te dicht bij het zwarte gat komt en uit elkaar wordt gescheurd. Hoe dan ook, de flarsen zijn een herinnering dat Sagittarius A* geen dramatische gaswolk nodig heeft om in het nieuws te komen — het kan dit op eigen kracht doen, onvoorspelbaar, op een gewone week.

Het GRAVITY-instrument van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht ving iets op wat niemand ooit rechtstreeks had meegemaakt: gasklompjes die een lus traceren rond Sagittarius A*, net buiten de ereignishorizon, op ongeveer 30 procent van de lichtsnelheid — het dichtst dat iemand ooit materie had zien reizen voordat deze voorbij het punt van geen terugkeer viel.

Die meting werkte alleen omdat GRAVITY vals speelt. Het fusionaert het licht dat door vier afzonderlijke telescopen wordt verzameld aan de Very Large Telescope in één virtueel instrument met het oplossend vermogen van een spiegel 130 meter breed — veel groter dan enige enkele schotel die ooit kon worden gebouwd. Telescopen op deze manier combineren transformeert een vlek van licht 26.000 lichtjaar weg in een traceerbare baan.

Hetzelfde GRAVITY-instrument, gekoppeld aan een tweeling genaamd SINFONI, bracht jaren door met het volgen van een ster die bekend staat als S2 terwijl deze Sagittarius A* passeerde op een wild langgerekte baan. Toen S2 zijn dichtste benadering deed, maten onderzoekers voor het eerste keer in zo'n extreem miljeu precies de lichtrek- en baanverschuivingseffecten die de algemene relativiteitstheorie voorspelt nabij een massief lichaam — niet de eenvoudiger natuurkunde van Newtons zwaartekracht.

S2 is niet eens meer de dichtstbijzijnde bekende tegenstander. Vanaf 2020 houdt een ster genaamd S4714 dat record, schommelend binnen ongeveer 12,6 AU — ongeveer de afstand van Saturnus van de Zon — met een snelheid van ongeveer 8 procent van de lichtsnelheid. Het volgen van sterren als deze, op banen snel en strak genoeg om de vingerafdrukken van relativiteit te voelen, is hoe astronomen Sagittarius A* hebben gewogen zonder het ooit te zien.

Lange voordat iemand Sagittarius A* fotografeerde, sloten radioastronomen in op de werkelijke grootte. Een studie uit 2019 die de Atacama Large Millimeter Array combineerde met een wereldwijd netwerk van radioschotels, ontdekte dat de radio-uitstraling afkomstig is uit een stuk hemel van slechts 300 miljoenste graad breed, met een vorm zo gelijk dat het bijna perfect rond lijkt.

Het verkrijgen van zo'n scherpe focus kostte tientallen jaren van incrementele vooruitgang: de allereerste waarnemingen van Sagittarius A* op de specifieke radiofrequentie die in die studie van 2019 werd gebruikt, waren 26 jaar eerder gemaakt, met slechts een handvol telescopen in plaats van een wereldwijde array. Elke generatie instrumenten verfijnde de vervaging verder — een langzaam aanscherpen dat uiteindelijk een echt beeld mogelijk maakte.

Die zelfde studie van 2019 onthulde iets verontrustends: de emissieregio is zo klein en zo symmetrisch dat de bron eigenlijk bijna rechtstreeks op de Aarde gericht zou kunnen zijn. In plaats van Sagittarius A* van de zijkant te bekijken, zoals we meestal verre radiobronnen bekijken, zouden we bijna rechtstreeks in een van zijn jets kunnen kijken, als in een zaklantaarn staren in plaats van de bundel voorbij zien gaan. Het is een herinnering dat het zwarte gat van onze galáxie geen passieve achtergrond is; de geometrie vormt actief wat we van hier af kunnen meten.

De theoretische zaak dat Sagittarius A* een zwart gat moest zijn, werd decennialang gebouwd op precies dit soort orbitaal en radiobewijs. Het Nobelcomité stemde in: in 2020 deelden Reinhard Genzel en Andrea Ghez elk een kwart van de Nobelprijs voor Natuurkunde, geëerd omdat zij vaststelden dat het object in het centrum van onze galáxie te compact was om iets anders dan een zwart gat te zijn.

Twee jaar later ontmoette theorie afbeelding. Op 12 mei 2022 gaf de Event Horizon Telescope Collaboration de eerste afbeelding van Sagittarius A* vrij, een gloeiende ring van licht gebogen rond een donker centrum ongeveer 26.000 lichtjaar weg van waar we staan. De mensheid had dit slechts één keer eerder voor elkaar gekregen, het superzware zwarte gat in het sterrenstelsel Messier 87 in 2019 vastleggen — waardoor dit de eerste bevestigde afbeelding is, niet alleen theoretisch bewijs, van het object dat het hart van onze eigen galáxie zit.

• NASA: Chandra Detects Record-Breaking Outburst from Milky Way's Black Hole
• ESO: Best View Yet of Dusty Cloud Passing Galactic Centre Black Hole
• ESO: Most Detailed Observations of Material Orbiting Close to a Black Hole
• Phys.org: Revealing the Black Hole at the Heart of the Galaxy
• Wikipedia: Sagittarius A*