'n Blik op die onsigbare - Plaaslik - Republikein
Wednesday, August 07th, 15:16:11
'n Blik op die onsigbare
Namibiese kundiges verduidelik swartkolkfoto
Op Woensdag 10 April is wêreld­geskiedenis gemaak toe die Euro­pese Kommissie die eerste foto ooit van 'n swartkolk vrygestel het, wat deur 'n wêreldwye netwerk van teleskope, genaamd Event Horizon Telescope (EHT) in 'n globale samewerking tussen wetenskaplikes geneem is.
Maar hoekom is dit só 'n ­geskiedkundige oomblik?
Republikein het by twee Namibiese ­deskundiges, dr. Japie van Zyl van die Amerikaanse ruimte-agentskap (Nasa) en dr. Riaan Steenkamp van die Universi­teit van Namibië (Unam) gaan aanklop.
HOEKOM IS DIE FOTO UNIEK?
Van Zyl, wat sedert 1986 by Nasa se Straalaandrywingslaboratorium (JPL) as ruimtewetenskaplike werk, verduidelik dat swartkolke tot onlangs slegs 'n ­teoretiese konsep was, wat van Einstein se relatiwiteitsteorie afgelei kan word.
“In 1998 het wetenskaplikes die eerste waarnemings bekend gemaak, waarvolgens hulle bereken het dat 'n swartkolk met 'n massa van 2,6 miljoen maal dié van ons son in die middel van die Melkwegstelsel bestaan.
“Die waarnemings is egter ­gebaseer op hoe sterre naby die swartkolk beweeg. Met ander woorde, dit was 'n indirekte waarneming.
“Die foto wat nou bekend gemaak is, is die eerste direkte bewys van 'n swartkolk. Dis egter belangrik om te sê dat die foto eintlik die superverhitte gas vertoon wat rondom die swartkolk wentel.
“Die kolk is die donker, middelste gedeelte van die foto, waar geen sein is nie.
“Dit is egter die eerste foto wat bewys hoe huidige teorieë wel korrek voorspel hoe die gas rondom 'n swartkolk bestaan,” het Van Zyl verduidelik.
“In 'n groot mate is hierdie foto in dieselfde klas as die ontdekking van die gravitasiegolwe, waarvoor 'n ­oudprofessor van my by Caltech 'n Nobelprys ontvang het.”
Dr. Riaan Steenkamp, hoof en senior lektor by Unam se fisika-departement, asook voormalige hoof van die ­Namibiese H.E.S.S.-groep, het bygevoeg dit is vir hom opwindend dat wetenskaplikes nou die tegnologie het om swartkolke direk te bestudeer.
“Daar is reeds aanduidings dat die ­massiewe swartkolk in die middel van ons eie Melkweg, Sagitarius A*, anders optree as die een in die ­M87-sterrestelsel wat nou afgeneem is.
“Byvoorbeeld, die een in M87 is aktief en straal relatiwistiese strome plasma uit, terwyl Sagitarius A* dit nie doen nie.
“Daar is nou soveel vrae wat ons kan vra en antwoorde voor probeer kan vind. Ons kan fisiese natuurwette ondersoek op plekke waar dit afbreek, en ons kan lei­drade kry om nuwe teorieë en natuurwette te ontwikkel.”
WAT IS 'n SWARTKOLK?
Steenkamp het verduidelik wat 'n swartkolk is.
“Aan die einde van 'n reusester se leeftyd, wanneer al sy brandstof op­gebruik is, val die ster se kern op homself in en die ­buitenste lae word in 'n supernova-­ontploffing weggeskiet.
“Gewoonlik is die oorblyfsel van die kern 'n neutron-ster. Die kragte wat atome ­bymekaar hou, verhoed dat die neutron-ster verder op homself inval.”
Steenkamp verduidelik as die ster en die oorblyfsel van die ster se kern egter groot genoeg is, kan bogenoemde kragte nie die inval verhoed nie. Dit beteken die kern bly krimp en op homself “inval” totdat dit so dig is, met sulke hoë swaartekrag, dat selfs lig nie kan ontsnap nie.
“So word kleinerige, stellêre ­swartkolke gevorm. Ons vermoed dat hierdie klein swartkolke oor jare in reuseswartkolke kan saamsmelt.
“Naby 'n swartkolk is swaartekrag so intens dat ligstrale gebuig word, volgens Einstein se Algemene Teorie van Relatiwiteit.
“Ligstrale vanaf die een kant van die swartkolk kan so gekrom word dat dit aan die teenoorgestelde kant sigbaar is. Wat ook belangrik is, is hoe nader aan die swartkolk beweeg word, hoe stadiger verloop tyd, tot waar dit op die sogenaamde gebeurtenishorison gaan stilstaan,” het Steenkamp verduidelik.
“Ons kan geen inligting van agter hierdie gebeurtenishorison verkry nie, want geen inligting kan na buite ontsnap nie.
“Wat binne die gebeurtenishorison te vinde is, weet geen mens nie, maar daar is baie hipotese en idees. Sommige hiervan klink soos wetenskapfiksie en ek wil nie spekuleer oor watter meer aanvaarbaar is nie.”
Steenkamp sê mense hoef nie bekommerd te wees dat swartkolke uiteindelik die hele heelal gaan insluk of skeeftrek nie.
“Onthou, swartkolke is deel van die heelal en kan dit nie insluk nie, oor ­dieselfde rede waarom een van jou ­liggaamselle jou nie kan insluk nie.
“Die jongste inligting oor die kromming van die heelal verkry uit waarnemings, dui daarop dat die heelal 'n oop struktuur is wat konstant uitbrei.
“Die uiteinde van die heelal is dat die energiedigtheid daarvan sal daal en daal, totdat alles as't ware vries. Die hoeveelheid swartkolke sal aanhou toeneem, maar hulle sal baie ver uitmekaar wees,” het Steenkamp verduidelik.
Op die vraag oor hoekom dit so moeilik is om 'n swartkolk af te neem, in vergelyking met byvoorbeeld planete soos Saturnus of Pluto, sê Steenkamp dié planete is baie naby geleë en word deur ons son verlig.
“Die swartkolk is egter agter gaswolke, waardeur ons nie kan sien nie. Boonop vertoon dit so klein soos 'n mosterd­saadjie op 'n ander kontinent.
“'n Mens kan dit vergelyk met om 'n kamera te bou wat 'n mosterdsaadjie in Argentinië vanuit Windhoek moet afneem! Ons moes uitwerk hoe ons deur die gaswolke, wat die swartkolk verberg, kan sien en het dit met die millimeter-­radiogolf-regime reggekry.
“Die probleem is dat ons hoog met tele­skope gaan, waar die lug dun is en daar bitter min waterdamp is. Die teleskope moet gebou word op plekke wat onherbergsaam en moelik bereikbaar is. Daarna moet ons 'n virtuele teleskoop skep wat 'n 'oog' het wat so groot soos die aarde se deursnit is.
“Dit word gedoen deur 'n tegniek wat Very Long Baseline Interferometry (VLBI) genoem word.
“Die data wat so verkry word, is in die petabits-orde; dit wil sê dit vul ongeveer 1 000 hardeskywe van 'n terabits met data, wat geanaliseer moet word.
“Nuwe tegnieke in ­rekenaarwetenskap, sagteware, tegnieke om die data te stoor en vir inligting te myn, moes ontwikkel word voordat die foto geproduseer kon word.
“Die proses het baie jare geneem en dit het baie nuwe ontwikkelinge en innovering gekos. Dit is juis egter in hierdie ontwikkelinge in tegnologie en tegnieke waar die waarde vir die samelewing lê. Die rede is dat dit in baie ander velde toegepas sal kan word,” het Steenkamp verduidelik.
OMVANG VAN DIE ONTDEKKING
Steenkamp sê daar bestaan baie teorieë oor die struktuur van die heelal en die wette wat ons glo dit dryf, van submikro­skopiese skaal tot op makroskopiese skaal.
“Die probleem is dat alhoewel hierdie wetenskaplike teorieë op baie vlakke ­konsekwent is, goed werk om te verklaar wat ons waarneem, en om te voorspel wat ons graag wil waarneem, daar nie bevestigende bewyse hiervan is nie. Tot onlangs was een van die voorspellings die bestaan van swartkolke of ­gravitasiekolke.
“Swartkolke word in twee hoofgroepe verdeel: Stellêre massa-swartkolke, wat die oorblyfsel is van die kern van 'n massiewe ster wat in 'n tipe twee supernova ontplof het, asook supermassiewe swartkolke, wat ons vermoed in die middelpunt van elke melkweg te vinde is.
“Die direkte waarneming van die ultra-supermassiewe swartkolk se gebeurtenishorison in die middel van die Messier 87 bevestig 'n paar dinge.
“Die eerste is dat supermassiewe swartkolke wel bestaan; dat aktiewe galaktiese kerne in reuse- elliptiese melkweë (wat ongelooflike relativistiese strome van deeltjies en straling in die ­intergalaktiese ruimte inspuit) deur supermassiewe swartkolke aangedryf word.
“Verder bevestig dit veldvergelykings deur mense soos Karl Schwartschild en andere, wat op Einstein se relatiwiteitsteorie gebaseer is, wel korrek is en dat die wiskunde en daaropvolgende simulasies wat oor jare ontwikkel is om swartkolke en hul onmiddellikke omgewings te beskryf, baie aanneembare oplossings gebied het.
“Laastens bevestig dit ook modelle wat voorstel die heelal se struktuur word aangedryf deur swartkolke. Ondersteunende bewyse is gevind dat swartkolke, wat deel van donker-materie is, asook die materie en melkweë wat rondom hulle versamel is, die heelal se struktuur domineer.”
BEVESTIGING VAN TEORIE
Steenkamp verduidelik dat Einstein twee teorieë gehad het – 'n Spesiale Teorie van Relatiwiteit, wat niks te sê het oor swaarte­krag nie, asook die Algemene Teorie Van Relatiwiteit.
“Mense in die veld verwys sommer na laasgenoemde as AR. Beide relatiwiteitsteorieë sê onder andere dat tyd 'n dimensie oftewel 'n 'rigting' is, net soos links, regs, op, af, vorentoe en agtertoe.
“Hulle praat dan nie meer soos in die ou dae van driedimensionele ruimte en tyd as 'n parameter wat tyd aftel nie, maar wel van vierdimensionele ruimte-­tyd. Hierdie 'rigting' dui net op toekoms-­verlede.
“Die AR-teorie sê dat materie wat massa het, die ruimtetyd rondom dit buig sodat dit 'n vierdimensionele 'put' vorm.
“Swaartekrag is dan, volgens Einstein, net die gevolg van 'n gradiënt in die gekromde ruimtetyd. “Hoe lig in die gekromde ruimtetyd beweeg, is teoreties voorspelbaar en die waarneming van die dele rondom die swartkolk stem absoluut ooreen met hierdie voorspellings,” het Steenkamp gesê.
“Saam met 'n beter begrip van die ­natuurwette kan ons dalk nuwe tegnologieë ontwikkel.”
Steenkamp sê 'n voorbeeld is Einstein se algemene relatiwiteitsteorie, wat voorspel dat tyd stadiger op die oppervlak van die aarde beweeg as by die GPS- en GLONAST-satelliete in hul wentelbane rondom die aarde.
“As ons nie Einstein se teorieë 'n honderd jaar gelede gehad het nie, sou ons nie nou akkurate GPS-funksies op ons selfone gehad het nie. Die akkuraatheid hiervan sou tot soveel as 11 km uit gewees het. Hoe meer ons wetenskaplikes weet, hoe meer wil ons weet. En hoe meer ons wil weet, hoe meer ­eksperimente wil ons opstel.
“Dit beteken dat ons ingenieurs, tegnici en vakmanne en -dames inspan om nuwe tegnologieë te ontwikkel om ons vrae te beantwoord. Hierdie tegnologieë vind altyd hul pad na ons alledaagse lewe.
“Voorbeelde is dat die ruimteprogram ons dinge soos teflon, velcro, mikro­prosesseerders en GPS gegee het. Radio-astronomie gee ons kommunikasietegnologie, gevorderde data-analise-metodes en soveel meer.”
AMT BRING GROOT GELEENTHEDE
Namibië sal self ook binnekort betrokke wees in die baanbrekerswerk wat gedoen word met foto's wat van gravitasiekolke geneem word, as die 15 meter hoë Africa Millimetre Telescope (AMT) op die kruin van Gamsberg opgerig word.
Van Zyl het verduidelik dat die tele­skoop 'n kritieke rol in die sogenaamde Event Horizon Telescope (EHT) speel, wat spesifiek gebruik sal word om die gravitasiekolke te bestudeer.
“Die idee is dat EHT deur 'n samestelling van teleskope oraloor die wêreld opgebou sal word. Uiteindelik moet dit 'n virtuele teleskoop vorm wat so groot soos die aarde is,” het hy verduidelik.
“Sonder die AMT kan hierdie droom nie werklikheid kan word nie.”
“Ons is in die beplanningsfase van die AMT,” het Steenkamp bygevoeg.“Maar die AMT gaan ook gebruik word vir baie ander navorsingsprojekte.
“Ons is in die proses om die ontwerp en infrastruktuurontwikkeling te doen en die befondsing van verskeie bronne te organiseer.
“Daar sal geleenthede vir knap Namibiese wetenskaplikes, ingenieurs, tegnici en kontrakteurs wees om deel van dié ontwikkeling te wees, en Namibiese ­studente het die geleentheid om nagraadse projekte te doen en kwalifikasies te verwerf. Daarna kan hulle hul kennis in die Namibiese ekonomie en nywerhede aanwend,” het Steenkamp gesê.