Hoe kromt een zwart gat de ruimte om zich heen? Waarom zien we gas vanaf hun polen wegstromen in sterke stralen, terwijl verder alles in de buurt er naartoe kolkt en in het gat verdwijnt voor de eeuwigheid? Met welke technologie kunnen we de fysica achter zwarte gaten ontrafelen?
Een zwart gat is letterlijk een gat in de ruimtetijd. Met zijn enorme massadichtheid kromt hij de ruimte om zich heen tot een gat waarin alles uit zijn omgeving verdwijnt voor de eeuwigheid. Diezelfde massa zorgt er ook voor dat de tijd stil lijkt te staan voor een kijker op afstand. Klokken gaan op verschillende plekken rond het gat met andere snelheden tikken. Een zwart gat is ook echt pikzwart omdat hij de ruimte om zich heen zo sterk kromt dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen.
Astronomen onderzoeken veel van deze kwesties met röntgentelescopen, omdat de materie rond een zwart gat zo heet wordt, dat die voornamelijk röntgenstraling uitzendt. Hoe geven we deze telescopen de resolutie en gevoeligheid die nodig zijn om zwarte gaten te onderzoeken?
Bewegingen in beeld krijgen
Om dynamiek zoals draaiingen en snelheden dichtbij een zwart gat te onderzoeken, bekijken astronomen elementen die er veel voorkomen, zoals ijzer. IJzer verraadt zichzelf met een herkenbare scherpe piek in het röntgenspectrum. Als de piek vervormd is en op een andere plek in het spectrum verschijnt, verraadt dat de snelheid en richting van het ijzer binnen de gasschijf rond het zwarte gat. Hoe meten we die ijzerpieken met een hoge resolutie, zodat astronomen kunnen zien hoe het zwarte gat de ruimte eromheen kromt?
SRON werkt mee aan een ruimtemissie met sensoren die van elk individueel röntgendeeltje de energie bepalen tot op 1,6 electronVolt. Dat is alsof je een regenboog ziet in meer dan tweeduizend kleuren. Dat levert voldoende spectrale resolutie op om een spectrum te meten met scherpe lijntjes erin, die samen de streepjescodes geven van de stoffen rond een zwart gat.
Meer pixels in het plaatje krijgen
Hoe kunnen onderzoekers behalve meer röntgenkleuren ook meer pixels krijgen in hun observaties van zwarte gaten? Daarvoor moet röntgeninterferometrie ‘uitgevonden’ worden. Het combineren van telescoopschotels die als één gigantische schotel fungeren werkt al met radiotelescopen. Omdat röntgenstraling niet door de aardatmosfeer heen komt, zou je voor röntgenstraling dat kunstje in de ruimte moeten uithalen. SRON is bezig met een proefopstelling als demonstratie dat de theorie in de praktijk kan worden gebracht.
