Toen twee neutronensterren ver in de ruimte tegen elkaar sloegen, creëerden ze een krachtig schudden in het universum - zwaartekrachtsgolven die wetenschappers in 2017 op aarde hebben gedetecteerd. Nu, door die gravitatiegolfopnames bladerend, denkt een paar natuurkundigen dat ze bewijs hebben gevonden van een zwart gat dat in strijd zou zijn met het nette model uit Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie.
Over het algemeen zijn zwarte gaten eenvoudige objecten: oneindig gecomprimeerde singulariteiten of punten van materie, omgeven door soepele horizon van gebeurtenissen waardoor geen licht, energie of materie kan ontsnappen. Tot nu toe hebben alle gegevens die we uit zwarte gaten hebben verzameld dit model ondersteund.
Maar in de jaren zeventig schreef Stephen Hawking een reeks artikelen die suggereerden dat de randen van zwarte gaten niet zo glad zijn. In plaats daarvan vervagen ze dankzij een reeks effecten die verband houden met kwantummechanica waardoor "Hawking-straling" kan ontsnappen. In de jaren daarna zijn er een aantal alternatieve black hole-modellen ontstaan, waarbij die gladde, perfecte eventhorizons zouden worden vervangen door lichtere, vage membranen. Meer recentelijk hebben natuurkundigen voorspeld dat deze dons bijzonder intens zou zijn rond nieuw gevormde zwarte gaten - aanzienlijk genoeg om zwaartekrachtgolven te weerkaatsen en een echo te produceren in het signaal van de vorming van een zwart gat. Nu, in de nasleep van de botsing met neutronensterren, denken twee natuurkundigen dat ze dat type echo hebben gevonden. Ze beweren dat een zwart gat dat zich vormde toen de neutronensterren samensmolten, klinkt als een galmende bel en de eenvoudige fysica van het zwarte gat verbrijzelt.
Als de echo echt is, dan moet het afkomstig zijn van de drukte van een kwantumzwart gat, zei co-auteur Niayesh Afshordi, een natuurkundige aan de Universiteit van Waterloo in Canada.
"In de relativiteitstheorie van Einstein kan materie op grote afstand rond zwarte gaten cirkelen, maar zou het dicht bij de horizon van het evenement in het zwarte gat moeten vallen", vertelde Afshordi aan WordsSideKick.com.
Dus, dicht bij het zwarte gat, mag er geen los materiaal zijn dat de zwaartekrachtsgolven weerkaatst. Zelfs zwarte gaten die zichzelf omringen met schijven van materiaal zouden een lege zone moeten hebben rond hun horizon, zei hij.
"De vertraging die we verwachten (en waarnemen) voor onze echo's ... kan alleen worden verklaard als een kwantumstructuur net buiten hun horizon ligt," zei Afshordi.
Dat is een breuk met de doorgaans onwankelbare voorspellingen van algemene relativiteit.
Dat gezegd hebbende, gegevens van bestaande gravitatiegolfdetectoren zijn luidruchtig, moeilijk te interpreteren en vatbaar voor vals-positieven. Een zwaartekrachtsgolf die een of andere kwantumfuzz rond een zwart gat weerkaatst, zou een geheel nieuwe vorm van detectie zijn. Maar Afshordi zei dat in de onmiddellijke nasleep van de fusie die dons intens genoeg had moeten zijn om de zwaartekrachtgolven zo scherp te weerkaatsen dat bestaande detectoren het konden zien.
Joey Neilsen, een astrofysicus aan de Villanova University in Pennsylvania die niet bij dit artikel betrokken was, zei dat het resultaat indrukwekkend is, vooral omdat de echo's in meer dan één gravitatiegolfdetector opdoken.
'Dat is overtuigender dan door gegevens te kammen op zoek naar een specifiek soort signaal en te zeggen' aha! ' als je het vindt, 'vertelde Neilsen aan WordsSideKick.com.
Toch zei hij dat hij meer informatie nodig had voordat hij er absoluut van overtuigd was dat de echo's echt waren. De paper houdt geen rekening met andere zwaartekrachtsgolfdetecties die binnen ongeveer 30 seconden na de gerapporteerde echo's zijn verzameld, zei Neilsen.
"Omdat berekeningen van significantie zo gevoelig zijn voor hoe u uw gegevens kiest en kiest, zou ik al deze functies beter willen begrijpen voordat ik definitieve conclusies trek", zei hij.
Maximiliano Isi, astrofysicus bij MIT, was sceptisch.
'Het is niet de eerste bewering van deze aard die uit deze groep komt', vertelde hij WordsSideKick.com.
'Helaas hebben andere groepen hun resultaten niet kunnen reproduceren, en niet omdat ze het niet hebben geprobeerd.'
Isi wees op een reeks artikelen waarin geen echo's in dezelfde gegevens werden gevonden, waarvan hij er één in juni publiceerde als 'een meer geavanceerde, statistisch robuuste analyse'.
Afshordi zei dat dit nieuwe artikel van hem het voordeel heeft dat het veel gevoeliger is dan het vorige werk, met robuustere modellen om zwakkere echo's te detecteren. Bovendien voegde hij eraan toe: "de bevinding die we rapporteerden ... is de meest statistisch significante van de tientallen zoekopdrachten, omdat het de kans op vals alarm had van ongeveer 2 op de 100.000. "
Zelfs als de echo echt is, weten wetenschappers nog steeds niet precies wat voor soort exotisch astrofysisch object het fenomeen veroorzaakte, voegde Neilsen eraan toe.
'Wat zo interessant is aan deze zaak, is dat we geen idee hebben wat er overbleef na de oorspronkelijke fusie: vormde zich meteen een zwart gat of was er een exotisch, kortstondig tussenproduct?' Zei Neilsen. "De resultaten hier zijn het gemakkelijkst te begrijpen als het overblijfsel een hypermassief is dat binnen een seconde of zo instort, maar de hier gepresenteerde echo overtuigt mij niet dat dat scenario is wat er werkelijk is gebeurd."
Het is mogelijk dat er echo's in de gegevens zitten, zei Isi, die enorm belangrijk zouden zijn. Hij is gewoon nog niet overtuigd.
Ongeacht hoe alle gegevens uitschudden, zei Neilson, het is duidelijk dat het resultaat hier wijst op iets dat de moeite waard is om verder te verkennen.
