Er gaat niets boven de vreemdheid van een zwart gat. Zelfs de best opgeleide wetenschappers hebben moeite om uit te leggen waarom de normale natuurkunde om hen heen faalt of wat er gebeurt in deze allesverslindende monsters.
Elk jaar onthult het raadselachtige fenomeen vreemde en angstaanjagende aanwijzingen over zijn ware aard. Tijdomkering, zwarte gaten uit een dood universum en de eerste glimp van krachten die sterker zijn dan zij zijn slechts enkele van de nieuwste ontdekkingen.
10. Tal van IMBH’s
Middelgrote zwarte gaten zijn het mysterieuze middelste kind van het gezin. Ze zijn niet zo klein als de overvloedige stellaire zwarte gaten en evenmin zo groot als de superzware. Ze worden IMBH’s (intermediate-mass black holes) genoemd en zijn zo schaars dat sommige wetenschappers ze als vermist beschouwen. In 2018 werd hun schuilplaats onthuld. Om onbekende redenen liggen IMBH’s op de loer in het centrum van kleine sterrenstelsels. Toen wetenschappers eenmaal wisten waar ze moesten kijken, doken de zeldzame zwarte gaten op in grote hoeveelheden.
Gewoonlijk bevindt een superzwaar zwart gat zich in het midden van een sterrenhoop. De regel verzwakte naarmate er meer dwergstelsels werden gevonden die rond IMBH’s wervelden. Nu hun aantal echter toeneemt, neemt ook de mogelijkheid toe om een gerelateerd mysterie op te lossen. Wetenschappers kunnen nog steeds niet verklaren hoe bepaalde superzware zwarte gaten zo kort na de oerknal tot bloei kwamen. Tot dusverre ondersteunt de informatie die is verkregen uit IMBH’s de bestaande theorieën over superzware geboorten – ze groeien uit IMBH’s of wanneer gigantische gaswolken instorten. Hoewel dit het raadsel niet oplost, geldt het als een bevestiging dat wetenschappers op de goede weg zijn.
9. Mysterieuze voorwerpen in de buurt van Sagittarius A*
Sagittarius A* is het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg. In het begin van de jaren 2000 werden er twee mysterieuze objecten ontdekt die eromheen cirkelden. Ze werden objecten van de G-klasse genoemd en gedroegen zich als gaswolken en er werd verwacht dat ze zouden sterven als ze hun dichtste punt bij Sagittarius A* naderden. Toen ze volhardden, begon het echte raadsel. Gaswolken konden een bocht zo dicht bij een superzwaar zwart gat niet overleven. In 2018 vonden onderzoekers er nog drie in een nauwe baan rond Sagittarius A*. Door gegevens van de afgelopen 12 jaar uit elkaar te halen, konden ze niet definitief worden geïdentificeerd als G-klasse objecten, maar dit is waarschijnlijk het geval.
Ze lijken opgeblazen als gas, maar gedragen zich als sterren met een enorme massa. Dit was precies wat wetenschappers dachten dat de eerste twee waarschijnlijk waren nadat ze niet stierven: sterren. Ooit waren ze binair (twee sterren die om elkaar heen cirkelden). De zwaartekracht van Sagittarius A* zorgde er echter voor dat ze gewelddadig samensmolten en een gezwollen uiterlijk kregen, waardoor wetenschappers gaswolken “zagen”. Er is echter niets zeker. Niet alle objecten hebben dezelfde baan, en dit suggereert mogelijk verschillende scheppingsverhalen.
8. Oudste zwarte gat
De ontdekking van het oudste zwarte gat in het heelal gaat niet alleen over leeftijd. Deze grootvader kon lang bestaande mysteries oplossen over het tijdperk waarin sterren voor het eerst werden gevormd. De superzware entiteit, gevonden in 2017, werd 690 miljoen jaar na de oerknal gevormd. Toen de kosmos slechts 5 procent van zijn huidige leeftijd was, was het zwarte gat al 800 miljoen keer de massa van de zon.
ULAS J1342+0928 bevindt zich ongeveer 13,1 miljard lichtjaar van de aarde en werd gevormd tijdens de eerste jaren van de kosmos. Deze specifieke periode, die ‘het tijdperk van reïonisatie’ wordt genoemd, vond plaats toen de eerste sterren evolueerden uit ionen en zwaartekracht. De ware oorzaak achter de re-ionisatie blijft onopgelost, hoewel zwarte gaten verdacht blijven. Bovendien kan niemand verklaren hoe ze zo massief konden worden in het vroege heelal. ULAS J1342+0928 werpt misschien licht op deze problemen, maar er zijn meer zwarte gaten uit dit tijdperk nodig om echte antwoorden te krijgen. Helaas zijn zwarte gaten uit die tijd buitengewoon zeldzaam.
7. Snelst groeiende zwarte gat
In 2018 kwam het hongerigste zwarte gat de recordboeken binnen. Vanwege zijn eetlust om elke tweede dag het equivalent van de zon van de aarde op te slurpen, is het ook het snelst groeiende zwarte gat. Gelukkig is het heel ver weg. Als dit monster zich in het centrum van de Melkweg zou bevinden, zouden zijn röntgenstralen de aarde steriliseren.
Toen wetenschappers de eerste twinkeling ontdekten, zagen ze licht dat 12 miljard jaar geleden vrijkwam. Toen werd bevestigd dat de bron een zwart gat was, werd de verbluffende massa ervan al snel duidelijk – ongeveer 20 miljard zonnen. Onderzoekers weten gewoon niet waarom dit specifieke zwarte gat zo snel uitdijt. Het enige bekende feit over zijn groei maakt dit gat allesbehalve zwart. Door de enorme hoeveelheden binnenkomend gas zouden de wrijving en hitte gemakkelijk een heel sterrenstelsel kunnen overtreffen. Sterker nog, duizenden keren meer. Nogmaals, als deze ruimtefreak in het midden van de Melkweg zou wonen, zou de schittering ervoor zorgen dat mensen niets anders dan een paar sterren zouden zien.
6. Verborgen sterrenstelses
Een enkele cluster van sterrenstelsels kan honderden of zelfs duizenden sterrenstelsels bevatten. Deze clusters worden beschouwd als de grootste entiteiten in het universum. Je zou kunnen denken dat het onmogelijk is dat een cluster wordt verborgen door een enkel ruimteobject. Dat is echter precies wat één quasar deed. Dit superzware zwarte gat werd gelabeld als PKS1353-341 en zat weggeborgen als een eenzame entiteit in zijn regio. In 2018 brachten MIT-wetenschappers een foto uit die de waarheid liet zien.
De quasar zat in het centrum van een cluster van sterrenstelsels. Het zwarte gat was uitzonderlijk helder en de straling verduisterde het licht van miljoenen sterren. Geen enkel ander sterrenstelsel is op deze manier verborgen. Op ongeveer 2,4 miljard lichtjaar van de aarde, komt de schittering van de quasar waarschijnlijk door een zich voedende razernij. Er wordt aangenomen dat PKS1353-341 materie met een exponentiële snelheid verbruikt, waardoor er genoeg energie vrijkomt om 46 miljard keer helderder te branden dan de zon van de aarde.
5. Binaire systemen
Een ander onopgelost aspect van zwarte gaten is dat sommige verschijnen als binair, of als een paar in een baan om elkaar heen. Dat is een gevaarlijke manier van leven. Tot nu toe zijn er drie gevallen van botsende zwarte gaten gedocumenteerd. Twee werden gedetecteerd in 2015 en nog een in 2017. Verbazingwekkend genoeg bestond het signaal van de laatste uit zwaartekrachtrimpelingen van een inslag van een fractie van een seconde op drie miljard lichtjaar afstand. Geen van beide werd vernietigd, maar in plaats daarvan versmolten ze tot een enkel zwart gat dat groter was dan zijn beide ouders.
Deze derde fusie was belangrijk voor onderzoekers. Het leverde een ander geval op van een zelden geziene gebeurtenis en hielp ook om een nieuwe waarnemingswetenschap met betrekking tot zwaartekrachtsgolven te verstevigen. Wat betreft de vorming van binaire zwarte gaten, beschouwen onderzoekers twee waarschijnlijke scenario’s. Binaire sterren kunnen sterven en zwarte gaten achterlaten. Als alternatief vormden ze zich afzonderlijk en drijven ze pas later dichter naar elkaar toe en worden ze door de zwaartekracht gebonden.
4. Aardevernietigende bubbel
In 2018 voegden natuurkundigen een andere manier toe waarop zwarte gaten de aarde theoretisch zouden kunnen vernietigen. Onlangs vierde de wetenschappelijke wereld de ontdekking van zwaartekrachtsgolven – een fenomeen dat het weefsel van de werkelijkheid uitrekt en comprimeert. Het klinkt gek genoeg, maar feit is dat dit ook een dodelijke kracht is. De nieuwe theorie keek naar zwaartekrachtsgolven die als een bel weg bewegen van een hoogenergetische botsing.
Het verspreidt zich met de snelheid van het licht en wordt groter totdat sommige punten op platte oppervlakken lijken. Als twee bellen botsen op een punt met een plat oppervlak, suggereert het worstcasescenario dat de ruimtetijd zich waarschijnlijk zou concentreren in een zwart gat. Als dit in de buurt van de aarde zou gebeuren, zou dat catastrofaal zijn. Aan de positieve kant zou niemand een te vreemde dood sterven in dit nieuwe zwarte gat. De zwaartekrachtsgolven achter zijn formatie zouden de planeet eerst aan flarden rekken.
3. Een verbannen zwart gat
Wetenschappers hebben altijd de mogelijkheid overwogen dat sterrenstelsels hun centrale zwarte gaten kunnen uitstoten. Hiervan is echter nooit enig bewijs gevonden. Toen, in 2017, zorgde een sterrenstelsel met de naam 3C186 voor een verrassing. Het resultaat van twee sterrenstelsels die op een bepaald moment in het verleden zijn samengesmolten, had 3C186 er een beetje rommelig uit moeten zien. In plaats daarvan was het goed gedefinieerd en geregeld. De echte verrassing kwam toen onderzoekers het centrum afspeurden naar het gebruikelijke superzware zwarte gat. Er was niets.
Toen ze het vonden, bevond het zwarte gat zich meer dan 35.000 lichtjaar weg van het centrum. Toen de twee sterrenhopen met elkaar in botsing kwamen, deden hun superzware centra dat ook. Hierdoor ontstond een zwart gat ter grootte van een monster. De fusie heeft waarschijnlijk zwaartekrachtsgolven vrijgemaakt die krachtig genoeg zijn om het nieuwe gat uit te werpen. Dit was geen geringe prestatie. Om het zwarte gat opzij te slaan, was een energiestoot nodig die gelijk was aan 100 miljoen supernova’s. Wat er ook gebeurde, het bood de eerste glimp van krachten die sterker zijn dan de dominantie die zwarte gaten zo bekend over hun territoria vertonen. De unieke kolos blijft in razend tempo verder rollen. In het huidige tempo kan het zwarte gat het sterrenstelsel over ongeveer 20 miljoen jaar verlaten naar de open ruimte.
2. Mogelijkheid van tijdomkering
Een zwart gat ontstaat wanneer een enorme ster sterft en op zichzelf instort. Op dat moment schiet de gebeurtenis stromen gammastralen uit. De laatste is de helderste kracht die in de natuur bekend is en wordt nog steeds niet volledig begrepen. In 2018 onthulden de mysterieuze signalen een andere vreemde vaardigheid: ze lijken de tijd terug te draaien. Wetenschappers ontdekten dit toen ze de zes sterkste gammaflitsen bestudeerden die door NASA waren geregistreerd. Elke gebeurtenis schoot een lichtgolf uit met een kenmerkende pulsreeks. Vreemd genoeg werd de gammastraal vervolgens herhaald met de pulsvolgorde omgekeerd.
Dit klinkt misschien niet raar, maar niets is normaal rond een zwart gat. Voor sommige natuurkundigen is het achterwaartse signaal een teken van tijdomkering. De oorzaak is een compleet mysterie. Alternatieve suggesties kijken naar het meer materiële niveau van de materie. De gammastraal zou door klonten materie kunnen bewegen, wat de signatuur creëert. Om het om te keren, kan de straal ergens een onbekend spiegelachtig oppervlak raken of zich gedragen volgens een onontdekte natuurkundige wet.
1. Geesten uit dode universums
In 2018 beweerde een controversiële natuurkundige iets spectaculairs. Roger Penrose had bij neurowetenschappers al de wenkbrauwen doen optrekken toen hij beweerde dat het menselijk bewustzijn het resultaat is van quantum computing. Nu gelooft Penrose dat ons universum de laatste is van een reeks universums. Meer ter zake – dat zwarte gaten uit dode universums kunnen worden gedetecteerd in het universum dat nu bestaat. Deze theorie hangt af van iets dat Hawking-straling wordt genoemd. Stephen Hawking suggereerde beroemd dat zwarte gaten uiteindelijk desintegreren nadat ze voldoende deeltjes hebben verloren. Ze worden gravitonen en fotonen genoemd, ze zijn massaloos en ervaren geen conventionele snelheid en tijd.
Als gevolg hiervan: wanneer een universum sterft en een nieuw wordt gevormd, beweren wetenschappers dat deze deeltjes overleven. Het gedetecteerde deel is Hawking-straling, of de energie die zwarte gaten besteedden aan het oplossen van zichzelf in de lang vervlogen kosmos. Experimenten leverden positieve resultaten op, wat de oproep van Penrose en zijn aanhangers om de oerknaltheorie aan te passen, versterkte. Als ze correct zijn, volgen universums, in plaats van een knal die slechts de ene kosmos vormde, elkaar op als stijgende bellen.
Meer weten over de wonderen van ons heelal? Lees Het heelal van Stephen Hawking.
