De verdeling van donkere materie in de melkwegcluster Abell 3827 verschijnt als blauwe contourlijnen op deze foto door de Hubble-ruimtetelescoop.
(Afbeelding: © ESO / R. Massey)
Witte gaten, die theoretisch de exacte tegenstellingen zijn van zwarte gaten, kunnen een groot deel uitmaken van de mysterieuze donkere materie waarvan wordt gedacht dat ze de meeste materie in het universum vormt, vindt een nieuwe studie. En sommige van deze bizarre witte gaten kunnen zelfs ouder zijn dan de oerknal, aldus de onderzoekers.
Zwarte gaten hebben zwaartekrachttrekkingen die zo krachtig zijn dat zelfs het licht, het snelste in het universum, er niet aan kan ontsnappen. De onzichtbare sferische grens rond de kern van een zwart gat dat het punt van geen terugkeer markeert, staat bekend als de horizon van de gebeurtenis. [Afbeeldingen: zwarte gaten van het heelal]
Een zwart gat is een voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Een ander staat bekend als een wit gat, dat lijkt op een omgekeerd zwart gat: terwijl niets kan ontsnappen aan de horizon van een zwart gat, kan niets de horizon van een wit gat binnengaan.
Eerder onderzoek heeft gesuggereerd dat zwarte gaten en witte gaten met elkaar verbonden zijn, waarbij materie en energie in een zwart gat vallen dat mogelijk uit een wit gat komt, ofwel ergens anders in de kosmos of in een ander universum helemaal. In 2014 suggereerden Carlo Rovelli, een theoretisch natuurkundige aan de Aix-Marseille Universiteit in Frankrijk, en zijn collega's dat zwarte gaten en witte gaten op een andere manier met elkaar verbonden kunnen zijn: wanneer zwarte gaten afsterven, kunnen ze witte gaten worden.
In de jaren zeventig berekende theoretisch natuurkundige Stephen Hawking dat alle zwarte gaten massa moesten verdampen door straling uit te zenden. Zwarte gaten die meer massa verliezen dan ze winnen, zullen naar verwachting krimpen en uiteindelijk verdwijnen.
Rovelli en zijn collega's suggereerden echter dat krimpende zwarte gaten niet zouden kunnen verdwijnen als het weefsel van ruimte en tijd kwantum zou zijn - dat wil zeggen gemaakt van ondeelbare hoeveelheden die bekend staan als quanta. Ruimte-tijd is kwantum in onderzoek dat algemene relativiteit, die de aard van de zwaartekracht kan verklaren, met kwantummechanica, die het gedrag van alle bekende deeltjes kan beschrijven, kan verenigen in een enkele theorie die alle krachten van het universum kan verklaren .
In de studie van 2014 suggereerden Rovelli en zijn team dat, zodra een zwart gat zo ver verdampte dat het niet verder kon krimpen omdat de ruimtetijd niet in iets kleins kon worden geperst, het stervende zwarte gat dan zou terugveren om een wit te vormen gat.
"We ontdekten dat een zwart gat aan het einde van zijn verdamping een wit gat wordt", vertelde Rovelli aan Space.com.
Er wordt tegenwoordig gedacht dat zwarte gaten ontstaan wanneer massieve sterren sterven in gigantische explosies die bekend staan als supernova's, die hun lijken samenpersen tot de oneindig dichte punten die bekend staan als singulariteiten in de harten van zwarte gaten. Rovelli en zijn collega's schatten eerder dat een zwart gat met een massa gelijk aan die van de zon ongeveer een biljard keer de huidige leeftijd van het heelal nodig zou hebben om in een wit gat te veranderen. [Supernova-foto's: geweldige beelden van sterexplosies]
Eerder werk in de jaren zestig en zeventig suggereerde echter dat zwarte gaten ook binnen een seconde na de oerknal hadden kunnen ontstaan als gevolg van willekeurige fluctuaties in de dichtheid in het hete, snel uitdijende pasgeboren universum. Gebieden waar deze fluctuaties geconcentreerde materie samen hadden kunnen instorten tot zwarte gaten. Deze zogenaamde primordiale zwarte gaten zouden veel kleiner zijn dan zwarte gaten met een stellaire massa en zouden kunnen zijn gestorven om witte gaten te vormen binnen de levensduur van het universum, merkten Rovelli en zijn collega's op.
Zelfs witte gaten met microscopische diameters kunnen nog steeds behoorlijk massief zijn, net zoals zwarte gaten kleiner dan een zandkorrel meer kunnen wegen dan de maan. Nu suggereren Rovelli en co-auteur Francesca Vidotto van de Universiteit van Baskenland in Spanje dat deze microscopische witte gaten donkere materie zouden kunnen vormen.
Hoewel wordt aangenomen dat donkere materie vijf zesde van alle materie in het universum uitmaakt, weten wetenschappers niet waar het van gemaakt is. Zoals de naam al doet vermoeden, is donkere materie onzichtbaar; het zendt, reflecteert of blokkeert zelfs geen licht. Dientengevolge kan donkere materie momenteel alleen worden gevolgd door de zwaartekrachtseffecten op normale materie, zoals sterren en sterrenstelsels. De aard van donkere materie is momenteel een van de grootste mysteries in de wetenschap.
De lokale dichtheid van donkere materie, zoals gesuggereerd door de beweging van sterren in de buurt van de zon, is ongeveer 1 procent van de massa van de zon per kubieke parsec, dat is ongeveer 34,7 kubieke lichtjaar. Om rekening te houden met deze dichtheid met witte gaten, berekenden de wetenschappers dat één klein wit gat - veel kleiner dan een proton en ongeveer een miljoenste gram, wat gelijk is aan ongeveer de massa van "een halve centimeter mensenhaar", Rovelli zei - is nodig per 2.400 kubieke mijl (10.000 kubieke kilometer).
Deze witte gaten zouden geen straling uitstralen en omdat ze veel kleiner zijn dan een golflengte van licht, zouden ze onzichtbaar zijn. Als een proton een van deze witte gaten zou raken, zou het witte gat 'gewoon wegkaatsen', zei Rovelli. 'Ze kunnen niets inslikken.' Als een zwart gat een van deze witte gaten zou tegenkomen, zou het resultaat een groter zwart gat zijn, voegde hij eraan toe. Alsof het idee van onzichtbare, microscopisch kleine witte gaten vanaf het begin van de tijd niet wild genoeg was, suggereerden Rovelli en Vidotto verder dat sommige witte gaten in dit universum de Big Bang zouden kunnen voorafgaan. Toekomstig onderzoek zal onderzoeken hoe dergelijke witte gaten uit een vorig universum zouden kunnen helpen verklaren waarom tijd alleen vooruit stroomt in dit huidige universum en niet ook omgekeerd, zei hij.
Rovelli en Vidotto hebben hun bevindingen op 11 april online gepubliceerd in een paper dat is ingediend bij de jaarlijkse wedstrijd van de Gravity Research Foundation voor essays over gravitatie.
