Als het gaat om de vele mysteries van het heelal, is er een speciale categorie gereserveerd voor zwarte gaten. Omdat ze met het blote oog onzichtbaar zijn, blijven ze zichtbaar onopgemerkt en worden wetenschappers gedwongen te vertrouwen op het "zien" van de effecten die hun intense zwaartekracht heeft op nabije sterren en gaswolken om ze te bestuderen.
Dat kan binnenkort veranderen dankzij een team van Cardiff University. Hier hebben onderzoekers een doorbraak bereikt die wetenschappers kan helpen honderden zwarte gaten in het hele universum te ontdekken.
Onder leiding van Dr. Mark Hannam van de School of Physics and Astronomy, hebben de onderzoekers een theoretisch model ontwikkeld dat tot doel heeft alle potentiële zwaartekrachtsgolfsignalen te voorspellen die zouden kunnen worden gevonden door wetenschappers die werken met de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) detectoren .
Deze detectoren, die als microfoons werken, zijn ontworpen om restanten van botsingen met zwarte gaten op te sporen. Wanneer ze zijn ingeschakeld, hoopt het team van Cardiff dat hun onderzoek zal fungeren als een soort 'spottersgids' en wetenschappers zal helpen de zwakke botsingen op te vangen - bekend als zwaartekrachtgolven - die miljoenen jaren geleden plaatsvonden.
Het Cardiff-team bestaat uit postdoctorale onderzoekers, PhD-studenten en medewerkers van universiteiten in Europa en de Verenigde Staten en zal met wetenschappers over de hele wereld samenwerken om de oorsprong van het heelal te ontrafelen.
'Door het snel ronddraaien van zwarte gaten zullen de banen gaan wiebelen, net als de laatste wiebels van een tol voordat deze omvalt,' zei Hannam. “Door deze wiebels kunnen de zwarte gaten wilde paden om elkaar heen volgen, wat leidt tot extreem gecompliceerde zwaartekrachtsignalen. Ons model is bedoeld om dit gedrag te voorspellen en wetenschappers te helpen de signalen in de detectorgegevens te vinden. ”
Het nieuwe model is al geprogrammeerd in de computercodes waarmee LIGO-wetenschappers over de hele wereld zich voorbereiden om te zoeken naar fusies met zwarte gaten wanneer de detectoren worden ingeschakeld.
Dr. Hannam voegde toe: “Soms lijken de banen van deze draaiende zwarte gaten volledig verward, als een touwtje. Maar als je je voorstelt dat je met de zwarte gaten ronddraait, dan ziet het er allemaal veel duidelijker uit en kunnen we vergelijkingen opschrijven om te beschrijven wat er gebeurt. Het is alsof je naar een kind kijkt tijdens een supersnelle rit in een pretpark, blijkbaar met zijn handen zwaaiend. Aan de zijlijn is het onmogelijk om te zeggen wat ze doen. Maar als je naast hen zit, zitten ze misschien perfect stil en geven je alleen de duimen omhoog. '
Maar er is natuurlijk nog werk aan de winkel: "Tot nu toe hebben we alleen deze precessie-effecten opgenomen terwijl de zwarte gaten naar elkaar toe draaien", zei Dr. Hannam. "We moeten nog steeds precies werken wat de spins doen als de zwarte gaten botsen."
Daarvoor moeten ze grote computersimulaties uitvoeren om de vergelijkingen van Einstein voor de momenten voor en na de botsing op te lossen. Ze zullen ook veel simulaties moeten produceren om voldoende combinaties van zwart-gatmassa's en spinrichtingen vast te leggen om het algehele gedrag van deze gecompliceerde systemen te begrijpen.
Bovendien is de tijd voor het Cardiff-team enigszins beperkt. Zodra de detectoren zijn ingeschakeld, is het slechts een kwestie van tijd voordat de eerste zwaartekrachtsgolfdetectie wordt gedaan. De berekeningen die Dr. Hannam en zijn collega's maken, zullen op tijd klaar moeten zijn als ze er het beste van willen maken.
Maar Dr. Hannam is optimistisch. 'Jarenlang waren we stomverbaasd over hoe we de beweging van het zwarte gat konden ontwarren', zei hij. "Nu we dat hebben opgelost, weten we wat we nu moeten doen."
