De grootste zwarte-gatvondsten van 2019

Zwarte gaten zijn donkere vlekken in het weefsel van de ruimtetijd, ongelooflijk dichte singulariteiten met zo’n sterke zwaartekracht dat niets aan hun klauwen kan ontsnappen. Ze besteden hun tijd aan één ding: het opslokken van materie. Kom dicht genoeg bij een zwart gat, en je bent kosmische spaghetti, aan stukken gereten, naar binnen gezogen, om nooit meer terug te keren. Simpel en ongecompliceerd, toch?

Maar zoals blijkt, zijn zwarte gaten meer dan alleen kosmische stofzuigers. In 2019 tuurden natuurkundigen in de peilloze duisternis en maakten de allereerste foto van een zwart gat. Ze leerden ook meer over hoe deze bizarre en onverzadigbare beesten werken. Van hun neiging om haar te krijgen en te verliezen, tot hun mysterieuze ingewanden, tot waar ze naartoe kunnen leiden, hier zijn 14 nieuwe dingen die we in 2019 over zwarte gaten hebben geleerd.

Gerelateerd: 9 Ideeën over zwarte gaten die je versteld zullen doen staan

Een onvergetelijk beeld

Na jaren van anticipatie was het zover! Wetenschappers maakten in 2019 een absoluut onvergetelijke foto van zwart gat M87, in het hart van het melkwegstelsel Virgo A, op ongeveer 53 miljoen lichtjaar afstand. De allereerste close-up van de singulariteit, gemaakt door een netwerk van telescopen over de hele wereld dat bekend staat als de Event Horizon Telescope, ziet eruit als een korrelige, kleine vlek omgeven door een vage oranje ring. Maar dat kleine, gepixelde beeld is eigenlijk een zwart gat zo groot als het zonnestelsel en 6,5 miljard keer de massa van onze zon.

De vurige oranje gloed rond zijn zwarte hart bakent zijn waarnemingshorizon af, de ring van materie die rond een zwart gat wervelt vlak voordat het erin valt. Als het met hoge snelheden tegen andere materie aanschuurt, produceert het energie en gloeit het op om een accretieschijf te vormen – vandaar de oranje ring.

Zwarte gaten krijgen haar en worden dan weer kaal

Dit jaar hebben we ontdekt dat zwarte gaten haar hebben, maar meestal zijn ze zo kaal als keuballen. Wat betekent dat nu precies? Historisch gezien dachten natuurkundigen dat singulariteiten kaal waren, of karakterloos, wat betekent dat ze slechts drie eigenschappen hadden: massa, impulsmoment en elektrische lading. Alles wat die hemelse Pac-Mans in de loop van hun leven hebben verorberd, zat opgesloten achter de waarnemingshorizon, en geen enkele informatie over de eetgewoonten van een zwart gat kon later worden achterhaald.

Maar in 2016 publiceerde wijlen natuurkundige Stephen Hawking, samen met anderen, een paper waarin werd voorgesteld dat zwarte gaten “haren” hebben, of onderscheidende kenmerken. Deze haren waren subtiele verschuivingen in de waarnemingshorizon, evenals de Cauchy-horizon – het punt waarop oorzaak en gevolg omslaan – die zwarte gaten van elkaar zouden onderscheiden. Tenminste, zo beweerde een studie uit 2018, dat was het geval voor zogenaamde “extreme” zwarte gaten, of die met een maximale elektrische lading. Eerder dit jaar ontdekten natuurkundigen dat zelfs de niet-zo-extreme – die ronddraaien met bijna-maximale snelheid, maar zonder lading, of die met een maximaal mogelijke lading, maar zonder rotatie – ook haar zouden kunnen hebben.

Maar wat blijkt, zwarte gaten hebben een paar plukjes piekerig “haar”, die ze uiteindelijk allemaal verliezen, meldde Live Science destijds.

Op dit moment is de vraag of zwarte gaten meer op Mr. T of Heather Locklear lijken, pure speculatie. Maar ’s werelds grootste zwaartekrachtgolfdetector zou binnenkort bewijs kunnen vinden dat de ene theorie meer ondersteunt dan de andere, zeggen deskundigen.

Onmogelijk groot zwart gat

In november zeiden wetenschappers dat ze een zwart gat hadden gevonden op 15.000 lichtjaar afstand dat zo massief was dat het niet zou mogen bestaan. Ze vermoedden het bestaan ervan nadat ze een ster hadden ontdekt die ongeveer acht keer zo zwaar was als onze zon en die rond een gebied in de donkere, lege ruimte leek te cirkelen. Op basis van het wiebelen van de ster berekenden ze dat de ster waarschijnlijk rond een zwart gat cirkelde dat 70 keer zo zwaar is als onze zon; wetenschappers dachten eerder dat stellaire zwarte gaten, of gaten die ontstaan nadat een zware ster ineenstort, een massa van niet meer dan 30 keer die van onze zon konden hebben – tenminste in sterrenstelsels met een chemische samenstelling die vergelijkbaar is met die van ons.

“Deze ontdekking dwingt ons om onze modellen van hoe stellaire-massa zwarte gaten zich vormen opnieuw te onderzoeken,” Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) directeur en Universiteit van Florida professor David Reitze, die niet betrokken was bij de studie, zei in een verklaring op het moment.

Over dat onmogelijke zwarte gat…

In de meeste gevallen houden bevindingen die de wetten van de natuurkunde lijken te tarten helaas geen stand. Dat zwarte gat dat onmogelijk groot werd, was waarschijnlijk toch onmogelijk, volgens een paar artikelen die in december in de arXiv-database werden gepubliceerd.

Het onmogelijk grote zwarte gat was waarschijnlijk gewoon een zwart gat van normale grootte, en het onderzoeksteam dat aanvankelijk de cijfers kraakte, maakte gewoon een fout bij het interpreteren van de lichtemissies die afkomstig waren van het zwarte-gat/ster-binaire systeem. Door het licht van de begeleidende ster te verwarren met de zwakke emissies die afkomstig zijn van de accretieschijf van het zwarte gat, of de ring van materie die zijn mond omcirkelt, hebben de onderzoekers de massa van het zwarte gat met ten minste het dubbele overschat, zo blijkt uit de studies die op arXiv zijn geplaatst.

Zwarte gaten als galactische levensgevers

Zwarte gaten zijn de superschurken in het epische verhaal van het heelal. Ze doden zonder onderscheid. En niets binnen hun bereik is veilig voor hen.

Maar er is misschien meer aan de hand met deze kosmische moordenaars met hun stenen kop. Zwarte gaten zijn misschien wel de motor van het leven in sterrenstelsels. In hun vreetrazernij sturen zwarte gaten ook bellen verzengend heet, turbulent gas door de kosmos, zo blijkt uit een studie van november. Dat hete plasma kan sterrenstelsels in leven houden die anders zouden afkoelen en sterven, aldus de studie. Uit een andere studie, die in mei werd gepubliceerd, blijkt dat de straling die door zwarte gaten wordt uitgezonden buitenaards leven zou kunnen aandrijven – zolang het zich in een goudlokje-zone bevindt, niet te ver en niet te dicht bij het centrum van het melkwegstelsel. Als deze zwarte gaten zich voeden, kunnen hun straling en licht de fotosynthese voeden en de vorming van de biomoleculaire bouwstenen van het leven vergemakkelijken, zo bleek uit die studie.

Zwarte gaten zijn misschien helemaal geen zwarte gaten

Of misschien worden zwarte gaten gewoon verkeerd begrepen. Heel erg verkeerd begrepen. Een wilde theorie, deze zomer voorgesteld door een wiskundige en een natuurkundige, suggereert dat zwarte gaten zoals wij ze kennen misschien niet bestaan.

Volgens Einstein zijn zwarte gaten oneindig kleine, oneindig dichte vlekken, bekend als een singulariteit, waar de wiskunde van de algemene relativiteit het begeeft. Maar volgens het nieuwe onderzoek kan een gebruikelijke wiskundige vereenvoudiging die wordt gebruikt om de relativiteitstheorie te analyseren, een fout hebben. Als gevolg daarvan zijn zwarte gaten misschien helemaal geen singulariteiten. In plaats daarvan kunnen het zakken van ruimte zijn, gevuld met donkere energie. En dat zou een aantal verrassende bevindingen kunnen verklaren van ’s werelds grootste gravitatie-golf jager.

Mini zwarte gaten bestaan

Zwarte gaten kunnen zeker groot zijn, maar kunnen ze ook piepklein zijn? Het blijkt dat kleine zwarte gaten, ongeveer half zo groot als de bekende, in de ruimte kunnen bestaan. De meeste zwarte gaten met een normale massa zijn ongeveer 5 tot 6 maal zo zwaar als onze zon.

In november vonden astronomen aan de rand van de Melkweg, op zo’n 10.000 lichtjaar afstand, vage aanwijzingen voor een zwart gat dat ongeveer 3,3 keer zo zwaar is als de zon. Dat is veel te groot om een neutronenster te zijn, maar kleiner dan enig ander bekend zwart gat. Dergelijke zwarte gaten waren voorspeld, maar nog nooit eerder waargenomen.

Zwarte gat van de Melkweg heeft een flare

Over de Melkweg gesproken, het superzware zwarte gat in ons eigen melkwegstelsel is met iets heel vreemds bezig. Normaal gesproken gloeit de accretieschijf van een zwart gat meer wanneer deze actiever is, omdat er dan meer materie tegen elkaar wrijft en wrijving ontstaat. In mei was alles rustig voor het centrale zwarte gat van de Melkweg, Sagittarius A*.

Toen merkten astronomen een vreemde vlam op, waarbij het zwarte gat het helderste gloeide dat astronomen ooit hadden gezien, althans in het infraroodspectrum.

Het is niet duidelijk wat die vreemde vlam is, maar wetenschappers denken dat de vlam werd veroorzaakt toen een stoffig object of een ster Sagittarius A* van dichtbij scheerde.

De grootste zwarte gaten vormden zich in een handomdraai

Zware hemellichamen zoals Sagittarius A* lijken een eeuwigheid nodig te hebben gehad om zich te vormen, maar het blijkt dat de grootste zwarte gaten in het heelal waarschijnlijk in een oogwenk zijn gevormd, kosmisch gesproken.

Een in juni gepubliceerde studie suggereert dat superzware zwarte gaten zich in de eerste 800 miljoen jaar van de geschiedenis van het heelal kunnen hebben gevormd – en daar was alleen een grote gaswolk voor nodig. Terwijl gaswolken zich ophoopten en gravitationeel aan elkaar bonden, zouden ze onder hun eigen gewicht zijn ingestort en een klein zwart gat hebben gevormd zonder dat er een ster supernova hoefde te gaan. Deze zogenaamde “direct-collapse black holes” zouden dan in een razend tempo materie zijn blijven opzuigen, 10.000 keer groter geworden in een tijdsbestek van slechts 150 miljoen jaar.

Op dat moment stopten ze gewoon – en bleven de superzware zwarte gaten achter die ons universum vandaag de dag bezaaien.

UFO’s vliegen uit zwarte gaten

Wat is er vreemder dan een zwart gat? Een UFO die er uit vliegt. In dit geval staat UFO echter voor ultrafast outflow (ultrasnelle uitstroom), en het is een hete wind die uit de accretieschijf van een zwart gat lijkt te stromen.

Een in augustus gepubliceerde studie heeft aangetoond dat deze UFO’s kunnen verklaren waarom er in de ruimte nabij het hart van sterrenstelsels relatief weinig materie is. UFO’s van superzware zwarte gaten in galactische centra kunnen fungeren als sneeuwploegen, die alle extra materie in de onmiddellijke nabijheid van een zwart gat verder wegschuiven van de periferie, aldus de studie.

Planeet 9 kan eigenlijk een zwart gat zijn

Over ongeïdentificeerde objecten gesproken: het mysterieuze hemellichaam in ons zonnestelsel dat Planeet 9 wordt genoemd, kan eigenlijk een zwart gat zijn ter grootte van een grapefruit.

Er zijn enkele vreemde objecten, ver voorbij Neptunus, die zich gedragen alsof ze worden beheerst door de zwaartekracht van een nabijgelegen object dat we niet kunnen zien. Ze draaien een andere baan dan de andere acht planeten en ze lijken in een ander vlak te zijn georiënteerd.

Sommige theoretici hebben berekeningen gemaakt en geconcludeerd dat er een planeet is – met een vreemde baan – die ongeveer 10 tot 20 keer zo zwaar is als de aarde. Maar in een studie die in oktober werd gepubliceerd, ontdekten andere wetenschappers die apart rekenwerk hadden gedaan, dat een piepklein oer-zwart gat, ongeveer zo groot als een grapefruit, ook het vreemde gedrag van deze trans-Neptuniaanse objecten zou kunnen verklaren.

Boodschappen sturen door een zwart gat zou het doen verdampen

Zwarte gaten zouden wormgaten naar een alternatief universum kunnen zijn. Maar doe geen moeite om een bericht door het wormgat te sturen naar iemand in dat buitenaardse universum.

In augustus ontdekten wetenschappers dat zelfs het versturen van een minuscuul bericht door een zwart gat het zwarte gat zou veranderen, waardoor het zou verdampen. Het eerste bericht dat door het wormgat werd verzonden zou het ontvangende zwarte gat met 30% doen krimpen, en elk volgend bericht zou het zwarte gat verder doen krimpen – terwijl het steeds minder informatie zou bevatten. Na slechts een handvol transmissies zou het bericht geen informatie meer bevatten en zou het ontvangende zwarte gat verdwijnen.

Aliens could shoot lasers at black holes

Pew! Pew! Pew! Pew! Zwarte gaten voeden misschien niet alleen het leven op buitenaardse werelden; ze kunnen buitenaardse wezens ook in staat stellen door het heelal te navigeren. Door lasers op zwarte gaten af te schieten, zouden geavanceerde buitenaardse wezens fotonen, of lichtdeeltjes, kunnen boemerangeren rond de zwaartekrachtputten die zwarte gaten omringen. Deze fotonen zouden rondcirkelen en terugkeren naar de ontvanger, maar tijdens dit proces zouden zij een deel van het momentum van het zwarte gat opzuigen en omzetten in energie. Als de fotonen terugkeerden, konden de buitenaardse wezens die energie omzetten in momentum om zich door het melkwegstelsel te bewegen, en dit proces kon zich keer op keer herhalen.

Wij kunnen je misschien redden uit een zwart gat

Als je voorbij de event horizon van een zwart gat zoemt, vertraagt de tijd, je rekt je uit als spaghetti en wordt aan flarden gescheurd, toch? Niet zo snel. Er is misschien een manier om mensen uit deze hemelse doodsvallen te redden, althans volgens een speculatieve nieuwe theorie.

Volgens die theorie is er misschien een manier om twee zwarte gaten te verstrengelen. (Kwantumverstrengeling is het vreemde effect, meestal alleen waargenomen op zeer kleine subatomaire schalen, waarbij twee deeltjes of objecten onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn over grote afstanden). Niemand is er ooit in geslaagd met het blote oog waarneembare objecten te verstrengelen, maar als er een manier zou zijn om twee zo massieve objecten als zwarte gaten te verstrengelen, zou het misschien mogelijk zijn ze te gebruiken als een manier om ogenblikkelijk tussen twee locaties te teleporteren. In dat geval, als je per ongeluk in een zwart gat zou vallen, zou er een manier kunnen zijn om je eruit te halen – zij het in een andere tijd en plaats.

Draaiende zwarte gaten zouden kunnen zorgen voor zachte hypersonische reizen

Doe je gordel om, zet je ruisonderdrukkende koptelefoon op en ontspan je – je staat op het punt om in een ronddraaiend zwart gat te springen. Natuurlijk is de kans groot dat je in stukken wordt gescheurd en nooit meer wordt teruggezien, maar sommige natuurkundigen denken dat het wel eens heel anders zou kunnen zijn om in een ronddraaiend zwart gat te stappen. In feite kunnen draaiende zwarte gaten meer lijken op zachte tijdportalen.

Laten we aannemen dat wormgaten bestaan, en dat zwarte gaten de manier zijn om er binnen te komen. Bepaalde soorten superzware zwarte gaten, zoals de zachte reus in het hart van ons melkwegstelsel, roteren niet erg veel. En nieuwe berekeningen suggereren dat het reizen in zo’n zwart gat niet eens een hobbelig ritje zou opleveren, omdat de langzame rotatie zou betekenen dat het gat verwaarloosbaar krimpt en uitrekt, en ruim binnen het spanningsbereik ligt dat een ruimteschip aankan.

• Wat is dat? Your Physics Questions Answered
• The 12 Strangest Objects in the Universe
• Cosmic Record Holders: The 12 Biggest Objects in the Universe

Originally published on Live Science.