Het teken van een werkelijk geweldige wetenschappelijke theorie is door de resultaten die het voorspelt wanneer u experimenten uitvoert of waarnemingen uitvoert. En een van de grootste theorieën die ooit is voorgesteld, was het concept relativiteit, beschreven door Albert Einstein aan het begin van de 20e eeuw.
Naast ons te helpen begrijpen dat licht de ultieme snelheidslimiet van het universum is, beschreef Einstein de zwaartekracht zelf als een kromming van de ruimtetijd.
Hij deed meer dan alleen een heleboel uitgebreide nieuwe verklaringen geven voor het universum, hij stelde een reeks tests voor die konden worden gedaan om erachter te komen of zijn theorieën correct waren.
Een test legde bijvoorbeeld volledig uit waarom de baan van Mercurius niet overeenkwam met de voorspellingen van Newton. Andere voorspellingen zouden kunnen worden getest met de wetenschappelijke instrumenten van de dag, zoals het meten van tijdsdilatatie met snel bewegende klokken.
Omdat de zwaartekracht eigenlijk een vervorming van de ruimtetijd is, voorspelde Einstein dat enorme objecten die door de ruimtetijd bewegen, golven zouden moeten genereren, zoals golven die door de oceaan bewegen.
Gewoon door rond te lopen, laat je een kielzog van zwaartekrachtgolven achter die de ruimte om je heen samendrukken en vergroten. Deze golven zijn echter ongelooflijk klein. Alleen de meest energetische gebeurtenissen in het hele universum kunnen golven produceren die we kunnen detecteren.
Het heeft meer dan 100 jaar geduurd om eindelijk bewezen te worden, de directe detectie van zwaartekrachtgolven. In februari 2016 kondigden natuurkundigen van het Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory of LIGO de botsing aan van twee enorme zwarte gaten op meer dan een miljard lichtjaar afstand.
Elke maat zwart gat kan botsen. Gewone oude stellaire massa zwarte gaten of superzware zwarte gaten. Hetzelfde proces, alleen op een heel andere schaal.
Laten we beginnen met de stellaire zwarte gaten. Deze vormen zich natuurlijk wanneer een ster met vele malen de massa van onze zon sterft in een supernova. Net als gewone sterren kunnen deze zware sterren in binaire systemen voorkomen.
Stel je een stellaire nevel voor waar zich een paar dubbelsterren vormt. Maar in tegenstelling tot de zon zijn dit allemaal monsters met vele malen de massa van de zon, die duizenden keren zoveel energie uitstoten. De twee sterren zullen slechts een paar miljoen jaar in een baan om elkaar draaien en dan zal men als een supernova tot ontploffing komen. Nu heb je een enorme ster die om een zwart gat draait. En dan explodeert de tweede ster, en nu heb je twee zwarte gaten die om elkaar heen draaien.
Terwijl de zwarte gaten om elkaar heen ritselen, stralen ze zwaartekrachtgolven uit waardoor hun baan in verval raakt. Dit is eigenlijk een beetje geestverruimend. De zwarte gaten zetten hun momentum om in gravitatiegolven.
Naarmate hun impulsmoment afneemt, draaien ze naar binnen totdat ze daadwerkelijk botsen. Wat een van de meest energetische explosies in het bekende heelal zou moeten zijn, is volledig donker en stil, omdat niets uit een zwart gat kan ontsnappen. Geen straling, geen licht, geen deeltjes, geen geschreeuw, niets. En als je twee zwarte gaten tegen elkaar slaat, krijg je gewoon een groter zwart gat.
De zwaartekrachtsgolven rimpelen uit deze enorme botsing als golven door de oceaan en zijn meer dan een miljard lichtjaar waarneembaar.
Dit is precies wat er eerder dit jaar gebeurde met de aankondiging van LIGO. Dit gevoelige instrument detecteerde de zwaartekrachtgolven die werden gegenereerd toen twee zwarte gaten met 30 zonsmassa's op ongeveer 1,3 miljard lichtjaar afstand botsten.
Dit was ook geen eenmalige gebeurtenis, ze ontdekten een nieuwe botsing met twee andere stellaire massa zwarte gaten.
Normale zwarte gaten met een stellaire massa zijn niet de enige die kunnen botsen. Superzware zwarte gaten kunnen ook botsen.
Voor zover we weten, is er een superzwaar zwart gat in het hart van vrijwel elk sterrenstelsel in het heelal. Die in de Melkweg is meer dan 4,1 miljoen keer de massa van de zon, en die in het hart van Andromeda wordt verondersteld 110 tot 230 miljoen keer de massa van de zon te zijn.
Over een paar miljard jaar gaan de Melkweg en Andromeda met elkaar in botsing komen en begint het proces van samensmelten. Tenzij het zwarte gat van de Melkweg de diepe ruimte in wordt getrapt, zullen de twee zwarte gaten uiteindelijk in een baan om elkaar draaien.
Alleen met de stellaire massa zwarte gaten, zullen ze het impulsmoment uitstralen in de vorm van zwaartekrachtsgolven en dichter en dichter bij elkaar komen. Op een bepaald punt, in de verre toekomst, zullen de twee zwarte gaten opgaan in een nog meer superzwaar zwart gat.
De Melkweg en Andromeda zullen opgaan in Milkdromeda en zullen in de komende miljarden jaren nieuwe sterrenstelsels blijven verzamelen, hun zwarte gaten eruit halen en ze in het collectief stampen.
Zwarte gaten kunnen absoluut botsen. Einstein voorspelde de zwaartekrachtsgolven die dit zou genereren en nu heeft LIGO ze voor het eerst waargenomen. Naarmate er betere tools worden ontwikkeld, moeten we steeds meer leren over deze extreme gebeurtenissen.
Podcast (audio): downloaden (duur: 6:11 - 2,2 MB)
Abonneren: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): downloaden (duur: 6:13 - 80,7 MB)
Abonneren: Apple Podcasts | Android | RSS
