Zwarte gaten worden opnieuw geboren als witte gaten

Zwarte gaten sterven in een enorme metamorfose: ze slingeren al hun materie weg en worden witte gaten. Zo luidt een nieuwe theorie, die nu moet worden getest. Daarna bekijken we het heelal wellicht met andere ogen.

Grote, wervelende gaswolken en sterren worden tot diep in het zwarte gat gezogen, waar de zwaartekracht zo extreem is dat zelfs licht niet kan ontsnappen.

Maar dan stopt het vreetfestijn: het zwarte gat kan niet nog meer op, want het kan geen massa meer samenpersen.

Het keert zich binnenstebuiten tot een wit gat, dat al zijn massa met geweld de ruimte in braakt.

Een wit gat is het diametraal tegenovergestelde van een zwart gat. Een zwart gat verzwelgt materie en laat niets gaan, maar in een wit gat kan niets binnenkomen, want de druk is zo groot dat alles de ruimte in schiet.

Zo luidt een opzienbarende theorie over witte gaten. De theorie zal nu worden getest met behulp van de radiotelescoop CHIME, die eind dit jaar is voltooid.

Met de CHIME kunnen astronomen duizenden flitsen van radiogolven analyseren die mogelijk uit een wit gat afkomstig zijn. Als de gaten bestaan, zullen ze de astronomie op haar kop zetten.

Zwart gat is slokop

Een zwart gat slokt stof en gas om zich heen op. De relativiteitstheorie stelt dat alle massa op een oneindig klein punt met een oneindig hoge dichtheid wordt geperst. Maar volgens de kwantumringtheorie kan de massa niet gecomprimeerd blijven worden.

Massa geperst in kwantumring

De ruimtetijd bestaat volgens de theorie over kwantumringen uit opeengepakte ringen. Als de materie in een zwart gat zozeer wordt samengeperst dat die een van deze ringen vult, is de druk naar buiten toe gigantisch – zoals een veer die je niet verder in kunt drukken. Het zwarte gat kan niet nog meer materie kwijt.

Wit gat braakt

Het zwarte gat springt door de druk open: het verandert in een wit gat. Alle samengeperste materie in het gat komt vrij en ontsnapt de ruimte in. Uit een zwart gat kan materie niet wegkomen, maar als het wit wordt en materie wegslingert, kan er niets meer in.

Heelal is een maliënkolder

Zwarte gaten werden op de kaart gezet door Einsteins algemene relativiteitstheorie, die zwaartekracht beschrijft als een kromming: massa kromt tijd en ruimte om zich heen en trekt zo andere massa’s aan.

Hoe groter de massa, hoe groter de kromming. De enorme zwarte gaten slokken alles om zich heen op, en zijn door waarnemingen bevestigd.

Witte gaten zijn niet waargenomen maar bestaan in de kwantumringtheorie. Deze probeert de algemene relativiteitstheorie te verenigen met de kwantummechanica, die de kleinste bouwstenen van atomen beschrijft.

Volgens de kwantummechanica is ruimte overal hetzelfde, maar volgens de relativiteitstheorie is ruimte veranderlijk omdat grote massa’s, zoals zwarte gaten, de kromming van de ruimte veranderen.

De kwantumringtheorie beschrijft hoe de ruimtetijd, net zoals de atomen in de kwantummechanica, kan worden verdeeld in zijn kleinste bestanddelen: ringen. Deze ringen zijn aan elkaar gekoppeld als in een maliënkolder.

Dus als we over de ultieme supermicroscoop zouden beschikken, dan zouden we de ringetjes van de ruimtetijd kunnen zien. En niets in het heelal kan in theorie kleiner zijn dan zo’n ring.

De klassieke theorie over zwarte gaten is dat hun massa zich steeds meer in een oneindig klein punt zal concentreren, maar volgens de kwantumringtheorie kan dit niet: de massa in een zwart gat kan slechts tot de omvang van een ruimtetijdring worden samengeperst.

Als het volume die grens bereikt, is de druk naar buiten toe enorm. Het zwarte gat wordt wit en schiet dan alle samengeperste materie terug de ruimte in.

Flitsende metamorfose

Het afgelopen decennium zijn er meer dan 60 mysterieuze flitsen van radiogolven ontdekt.

Deze flitsen komen uit vrij kleine bronnen van soms maar 10 kilometer groot, maar ze stoten in een microseconde meer energie uit dan de zon in tientallen jaren.

De flitsen kunnen sporen zijn van witte gaten, want zwarte gaten die direct na de oerknal zijn ontstaan, hebben de tijd gehad om in witte gaten te kunnen veranderen.

Wanneer dat gebeurt, zenden ze volgens de theorie radioflitsen uit. Daarom vermoeden wetenschappers dat de ruim 60 radioflitsen afkomstig zijn van de oudste zwarte gaten in het heelal die in witte gaten veranderen.

Aan de golflengten van de radioflitsen valt af te lezen of ze van witte gaten of van andere bekende verschijnselen afkomstig zijn.

Een klein zwart gat dat kort na de oerknal is ontstaan, zal straling uitzenden met korte golflengten wanneer het verandert in een wit gat.

Maar dergelijke zwarte gaten zijn ver van ons vandaan, want ze zijn er al sinds het begin van het heelal, dat bovendien voortdurend uitdijt. De aanvankelijk korte golflengten zullen daarom flink zijn uitgerekt als ze de aarde bereiken.

Grote zwarte gaten van net na de oerknal leven langer dan kleine. Als ze wit worden, zullen ze radiogolven uitzenden met langere golflengten dan kleine gaten.

De golflengten zullen niet zo sterk worden uitgerekt op hun weg naar de aarde, want grote zwarte gaten zijn dichter bij ons wanneer ze veranderen in witte gaten.

Volgens Carlo Rovelli, een grondlegger van de kwantumringtheorie, zijn de golflengten van verre en nabije witte gaten dus bijna gelijk.

En dat kennen we niet van andere radiobronnen, want altijd neemt de golflengte toe met de afstand.

De telescoop CHIME meet flitsen van radiogolven uit de ruimte, die mogelijk van witte gaten komen.

© Andre Recnik/CHIME Collaboration

Wit gat kan moeder van heelal zijn

De nieuwe Canadese radiotelescoop CHIME is eind dit jaar klaar. Hij vangt radiogolven op met vier 100 meter lange antennes in de vorm van buizen die overlangs gehalveerd zijn.

Deze antennes beslaan 200 vierkante graden van de hemel – een record, en een gebied dat 1000 keer zo groot is als een volle maan.

Zo zullen de astronomen duizenden radioflitsen kunnen opvangen en afstanden en golflengten kunnen vergelijken. En zo valt de theorie te testen dat de radioflitsen vrijkomen als een zwart gat wit wordt.

Als de onderzoekers witte gaten vinden, moeten we de vraag der vragen nog eens stellen: hoe is alles begonnen? Volgens de klassieke kosmologie ontstond het heelal bij de oerknal.

Maar sommige wetenschappers denken dat het steeds opnieuw ontstaat en sterft.

Een jong heelal zou miljarden jaren uitdijen, maar dan trekt de zwaartekracht alles samen tot één superzwaar zwart gat. Volgens de kwantumringtheorie wordt het zwarte gat dan een wit gat, dat alle massa weer uitspuwt en een nieuw heelal baart.

Zo zal een ontdekking van witte gaten niet alleen onze kennis van zwarte gaten op z’n kop zetten, maar ook de theorie van een cyclisch heelal wind in de zeilen geven.

Lees ook:

zwart gat
Zwarte gaten

3 niet te bevatten waarheden over zwarte gaten

1 minuut
Quasar
Zwarte gaten

Gulzig zwart gat slokt om de dag een ster op

2 minuten
Zwarte gaten

Zwarte gaten botsen op elkaar met ongekende kracht

2 minuten

Log in

Fout: Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
ToonVerberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!