Zwarte gaten zijn misschien wel de vreemdste en meest mysterieuze objecten in het bekende universum. Niemand heeft ze gezien, maar wetenschappers zijn er zeker van dat ze bestaan. Ze worden niet alleen voorspeld door Einstein, hun aanwezigheid wordt indirect bevestigd door de invloed die ze hebben op de ruimte-tijd om hen heen. We weten wel iets van deze objecten, maar meer weten we niet. Volgens wetenschappers zal het begrijpen van het fenomeen zwarte gaten en in het bijzonder de processen die zich in hun centra afspelen, ons niet alleen in staat stellen om de zeer fundamentele krachten van de natuur te beheersen, bijvoorbeeld dezelfde zwaartekracht.
Elk jaar rapporteren wetenschappers stap voor stap ontdekkingen met betrekking tot zwarte gaten, wat leidt tot een beter begrip van hun aard. Vandaag hebben we het over de tien meest recente.
Veel zwarte gaten met middelmatige massa
Onder de familie van zwarte gaten zijn misschien wel de meest prominente de zogenaamde zwarte gaten met gemiddelde (of tussenliggende) massa. Dit zijn zwarte gaten waarvan de massa veel groter is dan de massa van zwarte gaten van stellaire magnitude (van 10 tot enkele tientallen zonnemassa's), maar veel minder dan die van superzware zwarte gaten (van een miljoen tot honderden miljoenen zonsmassa's). Eerder werd aangenomen dat dit type zwart gat veel minder vaak voorkomt dan de andere twee klassen aangeven, maar een recente ontdekking weerlegde deze mening.
In 2018 vonden wetenschappers een plek waar dergelijke objecten het vaakst worden gevonden. Om onverklaarbare redenen worden zwarte gaten met gemiddelde massa het vaakst aangetroffen in de centra van kleine sterrenstelsels. Toen wetenschappers het eenmaal doorhadden, was het zeldzame zwarte gat niet langer zeldzaam. Bovendien kan deze ontdekking helpen bij het oplossen van een ander mysterie dat verband houdt met zwarte gaten.
Een van de meest prangende vragen van de moderne astronomie is de aard van superzware zwarte gaten. Wetenschappers kunnen niet begrijpen hoe sommige van de ontdekte superzware zwarte gaten in relatief compacte sterrenstelsels sinds de oerknal zeer snel in omvang zijn gegroeid. Diezelfde middelzware zwarte gaten kunnen naar het juiste antwoord wijzen. Volgens een van de aannames zouden superzware zwarte gaten kunnen zijn ontstaan uit zwarte gaten met een gemiddelde massa, volgens een ander - ze zijn vanaf het allereerste begin op die manier geboren. Maar hoe? Wetenschappers kunnen nog geen exact antwoord geven, maar het lijkt erop dat ze de goede kant op gaan.
Promotie video:
Mysterieuze objecten nabij Boogschutter A *
Boogschutter A * is een superzwaar zwart gat in het centrum van ons sterrenstelsel. In de vroege jaren 2000 ontdekten wetenschappers ernaast twee mysterieuze objecten. Ze kregen de bijnaam de G-klasse objecten en werden oorspronkelijk aangezien voor gas- en stofwolken. Het mysterie begon nadat deze objecten het zwarte gat naderden. In plaats van te worden verscheurd door de krachtige zwaartekracht van een superzwaar zwart gat, konden de objecten G1 en G2 op de een of andere manier overleven.
In 2018 ontdekten wetenschappers nog drie G-klasse objecten (G3, G4, G5) nabij Boogschutter A *. Analyse van de gegevens die gedurende 12 jaar zijn verzameld, heeft het beeld voor astronomen eindelijk niet opgehelderd. Objecten vallen op door hun bijzondere eigenschappen. Alle vijf G-objecten hebben de karakteristieke visuele handtekeningen van gaswolken, maar gedragen zich als sterren met een enorme massa.
Op basis hiervan hebben wetenschappers de veronderstelling gemaakt dat ze een zeer zeldzaam type sterren tegenkwamen, niet kenmerkend voor ons sterrenstelsel. Wetenschappers verklaren het uiterlijk van deze objecten aan de hand van de unieke omstandigheden in de buurt van een superzwaar zwart gat: hier kunnen dubbelsterren onder invloed van de sterke zwaartekracht instorten tot een enkel groot object, gehuld in dikke gas- en stofomhullingen. Desalniettemin merken wetenschappers op dat niet alle objecten vergelijkbare banen rond het zwarte gat hebben, zodat ze de aard van het fenomeen dat ze hebben gezien nog niet nauwkeurig kunnen verklaren.
Het oudste zwarte gat
De ontdekking van het oudste zwarte gat is niet alleen een kwestie van leeftijd. De ontdekking van deze oude man kan ons helpen bij het oplossen van veel interessante mysteries die verband houden met het tijdperk waarin de eerste sterren in het universum net begonnen te ontbranden.
Volgens wetenschappers werd het in 2017 ontdekte zwarte gat ULAS J1342 + 0928 pas ongeveer 690 miljoen jaar na de oerknal geboren. Toen de kosmos nog maar 5 procent van de huidige leeftijd was, was dit zwarte gat nu al 800 miljoen keer zo zwaar als onze zon.
Het object bevindt zich op ongeveer 13,1 miljard lichtjaar van de aarde en werd gevormd tijdens de vroege dagen van het universum. Deze periode wordt vaak het tijdperk van reïonisatie genoemd, toen de eerste sterren, sterrenstelsels, clusters en superclusters van sterrenstelsels begonnen te verschijnen als gevolg van zwaartekracht. Het volledige beeld van re-ionisatie is nog steeds niet duidelijk voor wetenschappers, dus de zwarte gaten die tijdens deze periode zijn verschenen, kunnen zeker een van de meest interessante bronnen van nieuwe informatie zijn.
Zoals hierboven opgemerkt, kunnen wetenschappers ook niet begrijpen hoe zwarte gaten in zo'n korte tijd na de oerknal een enorme hoeveelheid massa konden verzamelen. Objecten zoals ULAS J1342 + 0928 kunnen deze vraag verhelderen, maar om conclusies te kunnen trekken, zou het leuk zijn om op zijn minst nog een paar vergelijkbare ruimtedinosaurussen te vinden. Helaas zijn zwarte gaten uit het tijdperk van reïonisatie uiterst zeldzaam.
Snelstgroeiend zwart gat
In 2018 ontdekten wetenschappers het "hongerige" zwarte gat in het bekende universum. Elke dag, elke seconde verbruikt het een massa die gelijk is aan de massa van onze zon, waardoor het ook snel groeit. Gelukkig voor ons is ze erg ver weg. Als dit monster zich in het centrum van de Melkweg bevond, zouden de röntgenstralen die het creëert de aarde van elk leven steriliseren.
Toen wetenschappers het eerste licht ontdekten van de quasar J2157-3602 geassocieerd met dit zwarte gat, werd de leeftijd geschat op 12 miljard jaar. Zodra wetenschappers bevestigden dat er echt een zwart gat naast de quasar is, was de massa al ongeveer 20 miljard zonsmassa's. Op dit moment kunnen astronomen de reden voor de snelle groei van het zwarte gat niet verklaren.
Het enige dat bekend is over dit object, is dat zijn eetlust het omringende gas en stof zo verhit dat hun helderheid gemakkelijk het licht van bijna alle sterren aan de hemel zal overschaduwen.
Verborgen cluster
Een cluster van sterrenstelsels kan honderden of zelfs duizenden sterrenstelsels bevatten. Deze clusters worden door wetenschappers beschouwd als enkele van de grootste objecten in het universum. Denk je dat zo'n kanjer onmogelijk te verbergen is met een enkel ruimtevoorwerp? Je hebt ongelijk. Een quasar bewees het tegendeel.
Het ontdekte object heette PKS1353-341 en was oorspronkelijk bedoeld als een apart sterrenstelsel, met een ongelooflijk helder centraal gebied. Astronomen van het Massachusetts Institute of Technology ontdekten in 2018 echter een waarheid die al decennia lang verborgen was sinds het object werd ontdekt. Het bleek dat het object geen melkwegstelsel is, maar één enkele quasar (een gebied van heet gas rond een superzwaar zwart gat), dat zich in het centrum van een hele cluster van melkwegstelsels bevindt op 2,4 miljard lichtjaar van de aarde.
De quasar was zo helder dat hij letterlijk de hele omringende ruimte met honderden sterrenstelsels overschaduwde. Wetenschappers van MIT hebben de helderheid berekend en het bleek dat deze 46 miljard keer helderder is dan de zon. Volgens de onderzoekers wordt zo'n extreme helderheid geassocieerd met de opname van een grote hoeveelheid omringend materiaal door het centrale superzware zwarte gat.
Dubbele systemen
Een ander mysterie voor wetenschappers is de zogenaamde dubbele, dat wil zeggen gepaarde zwarte gaten die zich om elkaar heen wikkelen. Gevallen van botsingen van zwarte gaten zijn in het verleden al opgemerkt door wetenschappers. Twee werden geïdentificeerd in 2015 en nog één in 2017. Verrassend genoeg werden wetenschappers dankzij deze laatste voor het eerst directe getuigen van een even zeldzaam fenomeen.
In het ontvangen signaal van de botsing van twee zwarte gaten werden tekenen van zwaartekrachtrimpelingen in de ruimte-tijd opgemerkt - een verandering in het zwaartekrachtveld dat zich voortplant als golven. In dit geval werden beide zwarte gaten niet vernietigd, maar in plaats daarvan samengevoegd tot één geheel - een superzwaar zwart gat, zelfs groter in omvang dan zijn voorlopers.
Wetenschappers hebben twee aannames over de aard van het uiterlijk van systemen uit binaire zwarte gaten. Volgens een van hen verschijnen dubbelzwarte gaten wanneer dubbelstersystemen afsterven. Volgens de tweede worden zwarte gaten onafhankelijk van elkaar gevormd en daarna, zwevend in de ruimte, onder invloed van zwaartekrachten tot elkaar aangetrokken.
Dodelijke zeepbel
In 2018 stelden natuurkundigen een ander scenario van de apocalyps voor: de aarde zou kunnen worden vernietigd door zwarte gaten. Een jaar eerder vierde de wetenschappelijke wereld de bevestiging van de ontdekking van zwaartekrachtgolven, een fenomeen dat het weefsel van de werkelijkheid rekt en samentrekt. Deze kracht is dodelijk.
In de nieuwe theorie voorspelden wetenschappers van Princeton University een van de scenario's van wat er zou kunnen gebeuren als, als gevolg van hoogenergetische kosmische rampen (bijvoorbeeld wanneer twee zwarte gaten of twee neutronensterren samenkomen), de resulterende zwaartekrachtgolven met elkaar in botsing komen.
Ter illustratie worden zwaartekrachtgolven vaak vergeleken met de cirkels in het water die optreden wanneer een steen wordt gegooid. Als een deeltje of object echter met de lichtsnelheid beweegt, kunnen er vlakke zwaartekrachtgolven verschijnen. Volgens wetenschappers, als de golven groot genoeg zijn, zou hun botsing een gigantisch zwart gat kunnen creëren dat ruimte en tijd zal veranderen over een enorm gebied van de ruimte.
Als dit naast de aarde gebeurt, komt er niet alleen een einde aan alle levende wezens, maar ook aan de planeet zelf en het hele zonnestelsel.
Rogue zwart gat
Wetenschappers hebben zich herhaaldelijk afgevraagd of melkwegstelsels hun centrale zwarte gaten kunnen "uitwerpen". Astronomen konden echter lange tijd geen bewijs van dit fenomeen vinden. Maar in 2017 presenteerde het sterrenstelsel 3C186 ruimteonderzoekers met een echte verrassing.
Volgens wetenschappers bestond het sterrenstelsel 3C186 vroeger uit twee afzonderlijke sterrenstelsels, die op een bepaald moment in hun geschiedenis tot één sterrenstelsel versmolten. Het nieuwe sterrenstelsel kreeg vrij duidelijke contouren en vorm, in plaats van de vermeende wanordelijke structuur, maar de belangrijkste verrassing kwam uit het centrum: wetenschappers, vol hoop er een superzwaar zwart gat in te vinden, vonden helemaal niets.
Later werd het zwarte gat nog steeds ontdekt, slechts 35.000 lichtjaar van het galactische centrum 3C186. Toen de twee sterclusters met elkaar in botsing kwamen, kwamen hun centrale galactische zwarte gaten in botsing, waardoor uiteindelijk een superzwaar zwart gat ontstond. Deze gebeurtenis heeft hoogstwaarschijnlijk zeer krachtige zwaartekrachtgolven gecreëerd die dit nieuw gevormde zwarte gat uit de melkweg hebben geduwd, leggen wetenschappers uit.
Dit bleek echter niet zo eenvoudig, vervolgen de onderzoekers. Het uitwerpen van een zwart gat uit het galactische centrum vereiste energie gelijk aan de explosie van 100 miljoen supernovae. Wetenschappers zijn er nog steeds niet achter wat daar feitelijk is gebeurd, maar het wordt al duidelijk dat er krachten zijn die zelfs de kracht van de zwarte gaten zelf kunnen weerstaan.
Interessant is dat het malafide zwarte gat zich blijft verplaatsen naar de randen van zijn melkwegstelsel. In het huidige tempo zal het er binnen ongeveer 20 miljoen jaar volledig buiten worden uitgeworpen.
Omgekeerde tijd
Zwarte gaten ontstaan wanneer een gravitationele ineenstorting (compressie) van een voldoende massieve ster plaatsvindt, of de ineenstorting van het centrale deel van de melkweg of protogalactisch gas. Op dit moment wordt een kolossale hoeveelheid gammastraling de ruimte in geworpen. Dit laatste is op zijn beurt de helderste elektromagnetische gebeurtenis in het heelal en wordt nog steeds niet volledig begrepen door wetenschappers.
In 2018 werden zeer vreemde tekens gevonden in de opgevangen gammastralingsignalen, die volgens onderzoekers van NASA kunnen worden geïnterpreteerd als 'tijdomkering'. Meestal zendt elke gammastraalgebeurtenis een kenmerkende golfvorm uit die zich nooit herhaalt. De gedetecteerde signalen bevatten anomalieën die, zo bleek, niet verklaard konden worden vanuit het standpunt van enig theoretisch model. Deze signalen waren speciale golfachtige structuren die in de tijd werden geroteerd alsof hun begin aan het einde van de burst was en het einde - in de eerste momenten van de burst.
Voor sommige natuurkundigen was zo'n observatie voldoende om bewijs te claimen van de omkering van de tijd. Volgens een andere en, hoogstwaarschijnlijk, meer realistische verklaring konden de straling van de gammastraling die ze onderweg tegenkomen, in botsing komen met wat materie, waardoor de golven een handtekening kregen die door wetenschappers voor het omgekeerde tijdsverloop werd geaccepteerd. Het is heel goed mogelijk dat de stralen een soort opeenhoping van materie raken, die erop inwerkt als een reflecterend oppervlak. Desalniettemin is de mogelijkheid niet uitgesloten dat we het hebben over een geheel nieuwe natuurkundige wet, waarvan het eerste voorbeeld wetenschappers waren in 2018.
Geesten van verloren universums
In augustus van dit jaar deed de Britse natuurkundige Roger Penrose aan de universiteit van Oxford een zeer luide verklaring. Hij en zijn team beweren dat er vóór de komst van ons universum, dat wil zeggen vóór de oerknal, een ander universum was. Deze conclusie werd ingegeven door een reeks waargenomen lichtafwijkingen in de microgolfachtergrondstraling, die volgens Penrose lichte spiralen zijn die zijn overgebleven van zwarte gaten die behoorden tot het vorige universum, dat bestond vóór de oerknal.
In een van zijn theorieën suggereerde de nog bekendere Britse natuurkundige Stephen Hawking dat zwarte gaten, nadat ze het grootste deel van hun deeltjes hebben verloren, verdwijnen. Deze hypothetische deeltjes worden gravitonen genoemd. Ze hebben geen massa, geen elektrische of andere lading, maar hebben tegelijkertijd energie en nemen daarom deel aan de gravitatie-interactie.
Wanneer een universum sterft en een nieuw universum verschijnt, worden deze gravitonen volgens Penrose onderdeel van het nieuwe universum. De wetenschapper en zijn collega's zijn ervan overtuigd dat ze deze overgebleven "restanten" in de microgolfachtergrondstraling hebben gevonden. Ze noemden de gedetecteerde lichtafwijkingen 'Stephen Hawking's punten'. Als de waarnemingen van wetenschappers worden bevestigd, staan we voor een serieuze herziening van de oerknaltheorie.
Nikolay Khizhnyak
