Leiden University: First photo of black hole at the heart of our Galaxy

Finally we know for sure that there is a black hole at the centre of our own galaxy. Today, astronomers unveiled the first ever photo of Sagittarius A*, a super-massive object at the centre of the Milky Way. This picture could only be taken thanks to the cooperation of telescopes worldwide.

Leiden Professor of Galactic Radio Astronomy Huib Jan van Langevelde is the director of this global collaboration, the Event Horizon Telescope (EHT). He presented the results today at a press conference at the headquarters of the European Southern Observatory (ESO) in Garching, Germany. ‘I’ve been looking at Sagittarius A* since my PhD research in Leiden and it’s always been difficult because of everything that’s between us and the centre of the Milky Way,’ says Van Langevelde. ‘But today we’re publishing the best picture ever!’

‘We were stunned by how well the size of the ring agreed with predictions from Einstein’s Theory of General Relativity’

The team has made use of observations from a global network of radio telescopes. In the Netherlands, astronomers and technicians from the University of Amsterdam, Radboud University, Leiden University, the University of Groningen, JIVE and ASTRON are part of the EHT collaboration. The results are being published today in a special issue of The Astrophysical Journal Letters.

First evidence of Sagittarius A*
The image is a long-anticipated look at the massive object that sits at the very centre of our galaxy. Scientists had previously seen stars orbiting around something invisible, compact, and very massive at the centre of the Milky Way. This strongly suggested that this object – known as Sagittarius A* (Sgr A*, pronounced ‘sadge-ay-star’) – is a black hole, and today’s image provides the first direct visual evidence of it.

Although we cannot see the black hole itself because it is completely dark, glowing gas around it reveals a telltale signature: a dark central region (called a ‘shadow’) surrounded by a bright ring-like structure. The new view captures light bent by the powerful gravity of the black hole, which is four million times more massive than our Sun.


The first picture of Sagittarius A* (Credits EHT)
‘We were stunned by how well the size of the ring agreed with predictions from Einstein’s Theory of General Relativity,’ said EHT Project Scientist Geoffrey Bower from the Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei. ‘These unprecedented observations have greatly improved our understanding of what happens at the very centre of our galaxy, and offer new insights on how these giant black holes interact with their surroundings.’

Doughnut on the moon
Because the black hole is about 27,000 light-years away from Earth, it appears to us to have about the same size in the sky as a doughnut on the Moon. To image it, the team created the powerful EHT, which linked together eight existing radio observatories across the planet to form a single ‘Earth-sized’ virtual telescope. The EHT observed Sgr A* on multiple nights, collecting data for many hours in a row, similar to using a long exposure time on a camera.

Remarkably similar
The breakthrough follows the EHT collaboration’s 2019 release of the first image of a black hole, called M87*, at the centre of the more distant Messier 87 galaxy. The two black holes look remarkably similar, even though our galaxy’s black hole is more than a thousand times smaller and less massive than M87*. ‘We have two completely different types of galaxy and two very different black hole masses, but close to the edge of these black holes they look amazingly similar,’ says Sera Markoff, Co-Chair of the EHT Science Council and Professor of Theoretical Astrophysics at the University of Amsterdam, the Netherlands. ‘This tells us that General Relativity governs these objects up close, and any differences we see further away must be due to differences in the material that surrounds the black holes.’

Register for the lecture (Dutch)
De waarneemcampagne voor Sgr A* was aanzienlijk moeilijker dan voor M87*, ook al staat Sgr A* veel dichterbij. EHT-wetenschapper Chi-kwan (‘CK’) Chan van de Steward-sterrenwacht de Vakgroep Astronomie en het Data Science Institute van de Universiteit van Arizona (VS) legt uit: ‘Het gas in de buurt van de zwarte gaten beweegt met dezelfde snelheid – bijna net zo snel als het licht – rond zowel Sgr A* als M87*. Maar waar gas er dagen over doet om rond M87* te draaien, voltooit het rond het veel kleinere zwarte gat Sgr A* een baan in slechts een fractie van een uur. Dit betekent dat de helderheid en het patroon van het gas rond Sgr A* snel veranderen tijdens de waarnemingen. Het is een beetje zoals wanneer je een duidelijke foto probeert te maken van een puppy die achter zijn eigen staart aanzit.’

De onderzoekers hebben geavanceerde nieuwe instrumenten ontwikkeld om de gasbeweging rond Sgr A* te verklaren. Terwijl M87* een gemakkelijker, stabieler doelwit was, waarbij bijna alle beelden er hetzelfde uitzagen, was dat niet het geval voor Sgr A*. Het beeld van het zwarte gat van Sgr A* is een gemiddelde van de verschillende beelden die het team heeft waargenomen.

Al 20 jaar geleden voorspeld
Binnen de EHT werken meer dan 300 onderzoekers van 80 instituten over de hele wereld samen. Met behulp van supercomputers hebben ze de afgelopen vijf jaar gegevens gecombineerd en geanalyseerd met als resultaat een omvangrijk archief van gesimuleerde zwarte gaten. Deze simulaties hebben ze vergeleken met de waarnemingen.

‘Nu kunnen we de verschillen tussen de twee superzware zwarte gaten bestuderen, om waardevolle nieuwe aanwijzingen te krijgen over hoe dit proces werkt’

In 2000 bedacht Heino Falcke, lid van het EHT-bestuur en hoogleraar astrodeeltjesfysica en astronomie aan de Radboud Universiteit, de term ‘schaduw van het zwarte gat’ voor het effect van lichtvervorming rond een zwart gat, en voorspelde dat het mogelijk moest zijn een zwart gat met radiotelescopen in beeld te brengen. Samen met Sera Markoff maakte hij toen ook de eerste berekeningen van de straling van dit zwarte gat. ‘Het lijkt erop dat onze voorspellingen van 20 jaar geleden nu worden bevestigd’, aldus Markoff.


Twee zwarte gaten in beeld
De wetenschappers zijn bijzonder verheugd dat ze eindelijk beelden hebben van twee zwarte gaten van zeer verschillende grootte. Het biedt de mogelijkheid om te begrijpen hoe ze zich tot elkaar verhouden en waarin ze verschillen. De nieuwe gegevens worden nu gebruikt om theorieën en modellen te testen over hoe gas zich gedraagt rond superzware zwarte gaten. Dat is een proces dat nog niet volledig wordt begrepen, maar waarvan wordt aangenomen dat het een belangrijke rol speelt bij de vorming en evolutie van sterrenstelsels.

‘Nu kunnen we de verschillen tussen de twee superzware zwarte gaten bestuderen, om waardevolle nieuwe aanwijzingen te krijgen over hoe dit proces werkt’, zegt EHT-wetenschapper Keiichi Asada van het Instituut voor Astronomie en Astrofysica, Academia Sinica, Taipei.’We hebben nu beelden van twee superzware zwarte gaten – één aan de grote kant en één aan de kleine kant – dus kunnen we beter dan ooit tevoren testen hoe de zwaartekracht zich in deze extreme omgevingen gedraagt.’

Africa Millimetre Telescope
De ontwikkeling van de EHT gaat door: een grote waarneemcampagne in maart 2022 telde meer telescopen dan ooit tevoren. De voortdurende uitbreiding van het EHT-netwerk en significante technologische upgrades zorgen ervoor dat wetenschappers in de nabije toekomst meer, nog indrukwekkendere beelden en zelfs filmpjes van zwarte gaten kunnen presenteren. De Radboud Universiteit ontwikkelt, samen met de University of Namibia de Africa Millimetre Telescope (AMT) op de Gamsberg in Namibië. De AMT-telescoop, verwacht in 2026, is een cruciale toevoeging aan het netwerk voor het maken van dynamische opnamen van zwarte gaten.

Comments are closed.