Nieuw onderzoek kan ons iets leren over meest raadselachtige objecten van het heelal

Er is wellicht weer een stukje van de grote puzzel van het heelal op zijn plaats gevallen met een baanbrekende theorie.

Er is wellicht weer een stukje van de grote puzzel van het heelal op zijn plaats gevallen met een baanbrekende theorie.

LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State (Aurore Simonnet)

In ons sterrenstelsel, de Melkweg, gebeurt het een paar keer in vele miljoenen jaren. Maar als je nog verder in het heelal kijkt, naar verre sterrenstelsels, gebeurt het meerdere keren per jaar dat twee zwarte gaten botsen in een enorme explosie, waarbij ze versmelten en een enorme hoeveelheid zwaartekrachtgolven het heelal in slingeren.

Zoals een tol die op een tafel draait, hebben ook zwarte gaten een rotatieas, die een verschillende oriëntatie ten opzichte van elkaar kan hebben.

Sinds de eerste metingen in 2015 vragen wetenschappers zich af wat de richting van de rotatieas van de zwarte gaten bepaalt op het moment dat twee exemplaren met elkaar in botsing komen.

Een nieuwe, verrassende theorie duidt er nu op dat de richting geheel willekeurig wordt bepaald wanneer het zwarte gat ontstaat in een supernova.

Koersverandering tijdens ontstaan

De theorie wordt uiteengezet in een nieuwe studie in het tijdschrift The Astrophysical Journal.

Volgens auteur Thomas Tauris, hoogleraar theoretische astrofysica aan de universiteit van Aalborg in Denemarken, zijn er tot nu toe zo’n 100 botsingen tussen twee zwarte gaten geregistreerd. In zijn onderzoek naar deze botsingen keek Tauris naar de richting van de rotatieas van de zwarte gaten.

‘Wat tot nu toe moeilijk te begrijpen was, is hoe de rotatieassen van de twee zwarte gaten zich tot elkaar verhouden,’ zegt hij.

‘Ik heb ontdekt dat wanneer zware sterren sterven in een supernova-explosie, de rotatie-as van het ontstane zwarte gat kennelijk in een willekeurige richting wordt omgedraaid.’

Thomas Tauris gebruikte computersimulaties van miljoenen supernova’s in binaire systemen of dubbele sterrenstelsels om de rotatieas van de zwarte gaten na te bootsen.

Het idee dat de rotatieas tijdens het ontstaansproces in een willekeurige richting wordt ‘omgedraaid’, kreeg Tauris van neutronensterren, waar hetzelfde fenomeen zichtbaar is.

Deze illustratie toont de fusie van twee zwarte gaten en de zwaartekrachtgolven die het heelal in geslingerd worden wanneer de twee zwarte gaten naar elkaar toe bewegen.

© LIGO/T. Pyle

Toen hij zijn simulaties vergeleek met metingen van de Amerikaans-Europese LIGO/Virgo-detectoren, die de bij een botsing vrijgekomen zwaartekrachtgolven kunnen meten, zag hij dat ze met elkaar overeenstemden.

‘Ik was nogal verbaasd dat de simulaties zo goed overeenkwamen met de metingen. Het is in wezen een heel eenvoudige verklaring – en van eenvoudige verklaringen die gegevens kunnen reproduceren is vaak aangetoond dat ze juist zijn. Het bewijst echter helemaal niets,’ zegt hij.

We weten nog weinig

Volgens Thomas Tauris is de theorie mogelijk een klein stukje van de grote kosmische puzzel dat nu op zijn plaats valt. Hij denkt dat de wetenschap in het algemeen antwoorden kan geven op de grote vragen van het universum: Waar komen we vandaan? Hoe werkt het heelal? En wat zijn de mechanismen die de natuur aansturen?

‘Vanuit mijn perspectief gaat het erom de dingen in een groter geheel te zien.’ Thomas Tauris, hoogleraar theoretische astrofysica

‘Je kunt je afvragen: waarom zou iemand zich in hemelsnaam druk maken over de richting van rotatieassen van zwarte gaten in een tijd van gierende inflatie en oorlog in Europa? Maar vanuit mijn perspectief gaat het erom de dingen in een groter geheel te zien,’ zegt hij.

‘Zwarte gaten zijn interessant omdat ze raadselachtige objecten zijn in ons heelal, waar we maar weinig van begrijpen. We hebben geen idee wat er gebeurt voorbij de waarnemingshorizon (het punt dat de grens van een zwart gat bepaalt, red.). Er komt geen informatie uit. Daarom zijn ze zo bijzonder. Want alle bekende fysica houdt simpelweg op te bestaan als we achter de waarnemingshorizon komen,’ zegt hij.

De volgende stap, zegt Thomas Tauris, is het bekijken van gegevens van nog meer botsingen van zwarte gaten, zodat we nog meer te weten kunnen komen over het verschijnsel waarbij een zwart gat zijn rotatiekoers verandert – schijnbaar in een volkomen willekeurige richting – tijdens het ontstaan van een supernova.