Verbijsterd
Is er iets vreemds in het universum dan zwarte gaten? Deze bizarre, zwaartekrachtmonstrositeiten vervormen niet alleen ruimte en tijd; alleen al aan hen denken, strekt zich uit en vervormt ook de verbeeldingskracht van mensen. En samen met alle verbijsterende eigenschappen waar je misschien van hebt gehoord - hun wonderbaarlijke massa, hun ongelooflijk kleine formaat - hebben zwarte gaten een hoop nog meer bizarre eigenschappen die minder bekend zijn. We bekijken enkele van de meest verbazingwekkende kenmerken en theoretische mogelijkheden met betrekking tot deze kosmische eigenaardigheden.
Zwarte gaten hebben mogelijk haar
In de jaren zestig suggereerde natuurkundige John Wheeler dat zwarte gaten 'geen haar hebben', wat betekent dat elk specifiek kosmisch object alleen van zijn broeders kon worden onderscheiden door zijn draaiing, impulsmoment en massa. Alle andere onderscheidende informatie over een zwart gat wordt beschouwd als 'haar' en wordt verondersteld te verdwijnen achter de ondoordringbare horizon van een zwart gat, een grens rond het zwarte gat waar niets, inclusief licht, uit kan ontsnappen.
Gesneden naar 2016, toen de beroemde natuurkundige Stephen Hawking voorstelde dat zwarte gaten eigenlijk een weelderig kapsel hebben dat is gemaakt van spookachtige, energieneutrale deeltjes, en dat deze behaarde agglomeratie informatie bevat over materiaal dat het zwarte gat heeft verbruikt. Deze hypothese is niet bewezen, maar kan een langdurige paradox helpen oplossen over wat er gebeurt met gas en stof dat in de kaak van een zwart gat is gevallen.
Zwarte gaten produceren fonteinen
Niets mag ontsnappen aan de krachtige zwaartekracht van een zwart gat. Maar dat geldt alleen voor materiaal dat extreem dicht bij de rand van het gat is gekomen. Veel zwarte gaten zijn in feite omgeven door stromen van gas en stof, die rond het gat cirkelen, als water dat door een afvoer loopt. Wrijving in dit materiaal genereert warmte, waardoor kolkende, stormachtige structuren in gas en stof ontstaan. Recente waarnemingen suggereren dat deze beweging ook gebogen ringen produceert die de binnenste kolommen van materie omringen, die recht de lucht in schieten en sterk op fonteinen lijken.
Zwarte gaten kunnen verdampen
Kwantummechanica biedt deeltjes een andere manier om uit een zwart gat te ontsnappen. Volgens de theorie knipperen paren subatomaire deeltjes constant in en uit het bestaan rond de horizon van een zwart gat. Om de zoveel tijd wordt de configuratie precies op de juiste manier uitgelijnd, zodat een van de partners in het zwarte gat valt. De identieke medewerker van het deeltje wordt vervolgens met extreem hoge snelheid weggedreven, waarbij het zwarte gat een klein beetje energie wordt beroofd. Dit produceert wat bekend staat als Hawking-straling, naar Stephen Hawking, die het fenomeen ontdekte. Omdat energie gelijk is aan massa, kan dit proces ervoor zorgen dat een zwart gat krimpt en uiteindelijk over lange tijd verdampt.
Zwarte gaten kunnen worden omgeven door een muur van vuur
Een van de problemen met Hawking-straling is dat het natuurkundigen voor raadsels zorgt. De subatomaire deeltjes die door deze straling worden geproduceerd, zijn verstrengeld, wat betekent dat wat met de ene gebeurt, onmiddellijk door de andere wordt gevoeld. Dus wat voelt de partner die niet in het zwarte gat viel terwijl zijn partner wordt verpletterd tot een oneindig dicht punt? Niemand weet het. Een theorie stelt dat het zwarte gat de verstrengeling van de deeltjes verbreekt, een uitkomst die - volgens de wetten van de kwantummechanica - een waanzinnige hoeveelheid energie zou opleveren. Dat zou dan weer betekenen dat alle zwarte gaten omgeven zijn door brandende muren van vuur.
Zwart gat kan informatie door elkaar halen of niet
Het is moeilijk om de verpletterende massa van zwarte gaten te kwadrateren met de wetten van de kwantummechanica, die stellen dat informatie over deeltjes nooit kan worden vernietigd. Maar materiaal dat voorbij de rand van een zwart gat glijdt, zou voor altijd verloren moeten gaan voor het universum. Dit condundrum staat bekend als de informatieparadox van het zwarte gat; een resolutie is wetenschappers tot nu toe ontgaan. Recent onderzoek suggereert dat informatie die in een zwart gat wordt vervormd, kan worden doorgegeven aan de uitgaande deeltjespartners in Hawking-straling; er is echter geen definitief antwoord op deze paradox gevonden.
Zwarte gaten kunnen donkere materie zijn
Kort na de oerknal zou het universum een veelvoud aan kleine zwarte gaten moeten hebben voortgebracht. Omdat deze kenmerken enorme objecten zouden zijn die geen licht afgeven, hebben sommige natuurkundigen vermoed dat deze oorspronkelijke zwarte gaten donkere materie zouden kunnen verklaren, dat mysterieuze materiaal waarvan de overgrote meerderheid van de materie in de kosmos is gemaakt. Maar het idee is controversieel, aangezien gegevens van het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) een universum met veel minuscule zwarte gaten hebben uitgesloten. Misschien liggen er nog steeds middelgrote zwarte gaten op de loer, hoewel waarnemingen suggereren dat ze slechts 1% tot 10% van de donkere materie zouden uitmaken.
Materie kan in een zwart gat naar de toekomst reizen
Zwarte gaten lopen tegen het probleem van oneindigheid aan - de massa van een zwart gat wordt verpletterd tot een oneindig dicht punt dat oneindig klein is. Fysiek slaat dit nergens op, dus onderzoekers hebben gezocht naar alternatieve kaders om grip te krijgen op zwarte gaten. Een voorstel staat bekend als kwantumluszwaartekracht, wat suggereert dat het weefsel van de ruimtetijd zeer sterk is gebogen nabij het midden van het zwarte gat. Dit zou ertoe leiden dat een deel van het gat zich in de toekomst uitstrekt, wat betekent dat materie die erin wordt gezogen, tijd vooruit zou reizen. Tot dusverre blijft dit geestverruimende idee theoretisch.
Wetenschappers hebben misschien zwarte gaten uit een ander universum gezien
Een zeer controversiële waarneming suggereert dat ons universum een laatkomer is. Eerdere universums bestonden misschien al vóór de onze, en zouden zwarte gaten bevatten. De vooraanstaande wiskundige van Oxford University, Roger Penrose, heeft betoogd dat kosmische achtergrondstraling - een energetisch overblijfsel van de oerknal - afdrukken van deze zwarte gaten van voor de tijd bevat. Andere wetenschappers hebben betoogd dat de gegevens van Penrose niets meer zijn dan willekeurige ruis, maar de mogelijkheid blijft intrigerend.
Binnenkort krijgen we een foto van een zwart gat
Binnen enkele dagen zullen natuurkundigen het allereerste beeld van een zwart gat vrijgeven. Dit superzware beest ligt op de loer in het hart van ons Melkwegstelsel; het vastleggen van een foto ervan was het doel van de Event Horizon Telescope. Dit instrument is eigenlijk een wereldwijd netwerk van radiotelescopen over de hele aarde, die hun krachten hebben gecombineerd om dichter bij het galactische centrum in te zoomen dan ooit tevoren. De telescoop zou de schaduw van het zwarte gat over zijn materiële omgeving moeten kunnen zien, en beelden worden verwacht op 10 april.
