zwarte gaten Archieven

De bolvormige sterhoop Messier 80. De centrale zwarte gaten in deze bolvormige sterhopen hebben een voorspelde massa van rond de 30 zonsmassa's.

‘Primordiale zwarte gaten vormen donkere materie’

7 reacties / Ideeën, Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 7 januari 2021 6 januari 2021

De zwaartekrachtgolfdetector LIGO ontdekte niet alleen zwaartekrachtgolven. Veel interessanter is waarvan LIGO zwaartekrachtgolven waarnam: zwarte gaten van rond de 30 zonsmassa’s, een formaat dat volgens de gevestigde theorieën helemaal niet kan bestaan. Zou donkere materie uit primordiale zwarte gaten bestaan? En zouden zwarte gaten de missing link zijn voor de evolutie van sterrenstelsels? En de overblijfsels van baby-universa?

De bestaande theorieën voor het ontstaan van zwarte gaten blijken onvolledig

De tot nu toe vÃ³Ã³r LIGO ontdekte zwarte gaten vallen ruwweg uiteen in twee grootteklassen. Kleine zwarte gaten van enkele zonsmassa’s, zoals Cygnus X-1, ontstaan door het ineenstorten van zware sterren van enkele tientallen zonsmassa’s.

Ook zijn er de enorme zwarte gaten van miljoenen zonsmassa’s, zoals Sagittarius A*, het zwarte gat in het centrum van onze Melkweg. Deze vormen het centrum van sterrenstelsels. Er zijn geen middelgrote zwarte gaten van bijvoorbeeld enkele honderden of duizenden zonsmassa’s gevonden, al bestaan deze vermoedelijk in het centrum van bolvormige sterhopen.

Het lichtste grote zwarte gat is meer dan een miljoen zonsmassa’s. De twee door LIGO waargenomen ineengestorte zwarte gaten, die een nieuw zwart gat van 62 zonsmassa’s produceerden, hadden een massa van rond de dertig zonsmassa’s. Er moet een ander mechanisme dan stervorming hiervoor verantwoordelijk zijn. Hetzij de samensmelting van kleinere zwarte gaten van rond de tien zonsmassa’s, hetzij een heel nieuw mechanisme. Bijvoorbeeld primordiale vorming: hypothetische zwarte gaten die vlak na de Big Bang ontstonden. Zouden de twee botsende zwarte gaten primordiale zwarte gaten zijn geweest?

Primordiale zwarte gaten

De kosmische achtergrondstraling blijkt namelijk opmerkelijk korrelig te zijn. De verklaring is volgens astronoom A. Kashlinsky dat clusters zwarte gaten van rond de dertig zonsmassa’s hiervoor verantwoordelijk zijn[1]. Zijn voorspelling is dat vrijwel alle donkere materie uit zwarte gaten bestaat met een vrij nauwe massaverdeling rond deze dertig zonsmassa’s.

Deze kunnen de zaden hebben gevormd, waar zich bolvormige sterhopen omheen vormden. De hypothetische, maar nog niet waar genomen centrale zwarte gaten in bolvormige sterhopen zijn namelijk ongeveer deze grootte. Deze zijn samengesmolten en vormden de eerste spiraalstelsels. De andere bolvormige sterhopen worden dan weer opgeslokt door grotere spiraalstelsels. Inderdaad bevindt zich rond de Melkweg een halo van bolvormige sterrenstelsels. Mogelijk bestaat de donkere materie daarom uit zwarte gaten waar rond we geen sterren kunnen waarnemen, dus voor ons onzichtbaar zijn. Dit zou ook de raadselachtige uitbarstingen van rÃ¶ntgenstraling verklaren. Elke keer als een zwart gat een zwerfplaneet of ander zwervend galactisch object opslokt, komt een chirp van rÃ¶ntgenstraling vrij.
Voor deze theorie pleit ook dat de sterren in bolvormige sterhopen metaalarm en dus zeer oud zijn: ze zijn echt gevormd uit Big Bang-gas en niet uit restanten van supernova’s.

Baby-universa

Russische en Japanse kosmologen van het instituut Kavli IPMU bij Tokio, hebben deze theorie nu uitgebreid. Die primordiële zwarte gaten zijn niet zomaar zwarte gaten, maar de overblijfselen van ‘doodgeboren’ baby-universa. Van buiten nemen wij deze waar als een zwart gat. Sommige baby-universa bestaan zelfs nog steeds. Van binnen een dergelijk baby-universum lijkt het alsof het uitzet.

Het is lastig om zwarte gaten waar te nemen. Dat kan eigenlijk maar op enkele manieren. De accretieschijf, de zwaartekrachtswerking en hun werking als zwaartekrachtslens. De accretieschijf, de draaikolk van materie die het zwarte gat ingezogen wordt, is alleen waar te nemen als het zwarte gat materie opslurpt. Wat zelden gebeurt. Het heelal is groot en leeg. Dus verzon de groep een list. De Hyper Suprime-Cam (HSC) neemt het naburige Andromeda-stelsel waar. Naburig is hier relatief: twee miljoen lichtjaar. Als er primordiale zwarte gaten voro de lens trekken, kunnen we dat waarnemen als sterren die van plaats veranderen. Dit door de zwaartekrachtlenswerking. Erg veel heeft het onderzoek nog niet opgeleverd, al is er nu wel een ondergrens vastgesteld [2].

Bronnen
1. A. Kashlinsky, LIGO Gravitational Wave Detection, Primordial Black Holes, and the Near-IR Cosmic Infrared Background Anisotropies, The Astrophysical Journal Letters, 2016
2. Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada, Volodymyr Takhistov en Edoardo Vitagliano, Exploring Primordial Black Holes from the Multiverse with Optical Telescopesâ€ by 30 October 2020, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.181304

Zwarte gaten vormen de droom voor iedere energietechnicus. Vrijwel alle massa die je er in gooit levert 30% of meer pure energie op, tientallen malen meer dan kernfusie, en het zwarte gat is zo koud, dat het thermodynamisch rendement vrijwel 100% is. Bron: Wikimedia Commons

Zwart gat ideaal voor energievoorziening

5 reacties / Ideeën, natuurkunde, Techniek, Visionaire projecten, Wetenschap / Door Germen Roding / 21 oktober 2016 21 oktober 2016

Het dichtstbijzijnde zwarte gat, A0620-00, bevindt zich op ongeveer 3000 lichtjaar afstand. Een verre reis dus, zelfs met de snelheid van het licht. Maar als zich daar eenmaal kolonisten hebben gevestigd, vormt een zwart gat de dankbaarste plaats voor een Kardashev-II level beschaving.

Civilizations at the End of Time: Black Hole Farming

Bekijk deze video op YouTube

Daar zijn enkele goede redenen voor. Ten eerste, is een zwart gat zo ongeveer de efficiëntste energieomzetter die we kennen. Op massabasis haalt kernsplitsing ongeveer 0,1%, kernfusie haalt ongeveer 1,5% omzetting in energie. Zwarte gaten zijn in staat om tientallen procenten van de massa in pure energie om te zetten. In tegenstelling tot kernfusie of kernsplitsing zijn zwarte gaten weinig kieskeurig wat betreft brandstof. Je kan evenveel energie uit ijzer, de energiearmste atoomkern, halen als uit waterstof of plutonium.

Ook de afvalenergie in de vorm van infrarood- en radiostraling kan je in het zwarte gat dumpen, waardoor je een enorm hoge thermodynamische efficiëntie kan bereiken. Zwarte gaten hebben namelijk een zeer lage temperatuur: voor een zwart gat zo groot als de zon, een tienmiljoenste kelvin. Dat is ongeveer zo koud als we met pijn en moeite in een geavanceerde opstelling met laserkoeling, magnetische confinement en gecontroleerde verdamping kunnen bereiken. Kortom: hiermee kan je een extreem hoog thermodynamisch rendement bereiken. Vrijwel 100% van alle energie die vrijkomt, kan je nuttig gebruiken.

Een andere prettige kant van zwarte gaten is dat ze door relativistische effecten in de buurt van de waarnemingshorizon de tijd sterk vertragen. Als de Big Rip hypothese klopt, die zegt dat in de verre toekomst het heelal steeds sneller gaat uitzetten, kan je aan dit lot ontsnappen door steeds dichter tegen de waarnemingshorizon van het zwarte gat aan te kruipen.

Kortom: misschien is dat de reden dat we geen aliens zitten. Ze bevinden zich in orbit rond zwarte gaten en dumpen al hun afvalwarmte in het zwarte gat, wat ze voor ons vrijwel onzichtbaar maakt. Dysonsferen, waarbij alle straling van een ster wordt opgevangen, hebben vergeleken hiermee een zielig laag rendement.

‘Zwart gat bevat Planck-ster’

1 reactie / natuurkunde, Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 30 augustus 2016 26 april 2021

In zwarte gaten bevindt zich een punt van oneindige dichtheid, waar de natuurwetten eindigen. Zegt althans de algemene relativiteitstheorie. Onzin, zeggen enfant terrible natuurkundige Carlo Rovelli en collega Francesca Vidotto van de universiteit Nijmegen. In plaats daarvan vormt zich de ultieme barriÃ¨re, de planckster.

Hoe ontstaat een zwart gat?
Onze aarde stort niet in tot een zwart gat. De reden is dat materie door kwantumeffecten zijn structuur behoudt. Deze kwantumeffecten overwinnen vereist een enorme druk. Een druk, die in het binnenste van de aarde niet gehaald wordt, maar wel in ineenstortende sterren. Er zijn in feite meerdere stadia in het samendrukken van materie, die we hieronder zullen noemen.

In het eerste stadium wordt materie zo dicht op elkaar geperst dat atomen verdwijnen en de materie degenereert, verandert in een “elektronenvloeistof”, waarin atoomkernen omgeven worden door elektronen met een snelheid in de buurt van de lichtsnelheid. Elektronenvloeistof is zeer dicht: een theelepeltje weegt ongeveer een ton. Witte dwergen, het vermoedelijke eindstadium van de zon, bestaan uit deze elektronenvloeistof.

Als de druk verder toeneemt, wat het geval is boven de Chandrasekharlimiet van 1,4 zonsmassa, wordt ook de elektronenvloeistof gekraakt. De enorme druk maakt dat het energiegunstiger is voor elektronen en protonen om te fuseren tot neutronen: neutronium. Neutronium is ongeveer zo dicht als atoomkernen. Een theelepel neutronium weegt zoveel als een berg, of een complete stad. Neutronensterren, die wij waar kunnen nemen als pulsars, bestaan uit neutronium. De complete massa van een ster van enkele zonsmassa’s is dan samengebald in een bolletje van ongeveer twintig kilometer doorsnede. De Schwarzschildradius van deze massa is negen kilometer, niet veel kleiner dus. Er is inderdaad niet veel meer nodig om een neutronenster in elkaar te laten storten tot een zwart gat.

Nu naderen we de grens van de bekende kennis. Natuurkundigen denken dat er nog een verdere fase is: de quarkster. Ook neutronen bestaan namelijk uit samenstellende deeltjes, de quarks. Neutronen kunnen nog verder samengeperst worden tot ook zij degenereren en er een quark-gluonplasma ontstaat. Deze natuurkunde is nog slecht begrepen, omdat we deze omstandigheden alleen zeer moeizaam, in de Large Hadron Collider, kunnen nabootsen.

Op een gegeven moment komt er een fundamentele limiet, waarop de zwaartekracht zo hoog wordt dat zelfs licht niet meer kan ontsnappen. Er vormt zich een waarnemingshorizon en een zwart gat is geboren. Volgens de heersende theorieën is de zwaartekracht nu zo allesoverheersend dat niets de ineenstorting tot een enkel punt van oneindige dichtheid, de singulariteit, meer kan stoppen.

Een singulariteit is een rechtgeaarde natuurkundige een gruwel. Dat is namelijk een punt waarop de natuurwetten niet meer opgaan. Zie deze video.

httpv://www.youtube.com/watch?v=embed/TP4loCNCzpM

Planckster
Volgens Rovelli is er een fundamentele limiet aan dichtheid, die te maken heeft met ruimtetijd zelf. Als een ster ineenstort tot het volume van een atoomkern, wordt de Planckdichtheid bereikt. Dit is c⁵/hG², rond de 10⁹³gram per kubieke centimeter. De dichtheid van het heelal na het verstrijken van de Plancktijd van 10^-43 seconde. Dit zorgt voor een sterk afstotend effect. Het gevolg is dat de ster “terugveert” in een fractie van een seconde. Door de extreme tijdsvertraging in de buurt van zwarte gaten, lijkt dit proces voor een waarnemer buiten het zwarte gat vele miljarden jaren te kosten. Door Hawkingstraling is het zwarte gat dan al aan het verdampen. Rovelli denkt dat op deze manier zwarte gaten van voor de Big Bang het hebben kunnen overleven.

Stof om na te denken. Dit artikel dateert van 2014, maar ondertussen zijn m.b.v. de zwaartekrachtsgolfdetector LIGO zwarte gaten van plm. 30 zonsmassa’s aangetroffen. Dit zouden goed primordiale zwarte gaten kunnen zijn. Uit een periode van voor de Big Bang?

Bron
Carlo Rovelli en Francesca Vidotto, Planck Stars, ArXiv (2014)

De vele sterexplosies maken het centrum van de Melkweg weinig gastvrij voor complex leven, maar eencelligen zouden zich er prima thuisvoelen. Bron: dailygalaxy.com

‘Zwerfsterren verspreidden leven naar andere sterrenstelsels’

3 reacties / biologie, natuurkunde, Universum, Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 12 december 2014 12 december 2014

Naar we nu weten, worden grote hoeveelheden sterren met zeer grote snelheden de intergalactische ruimte in geslingerd. Zou dit verklaren hoe het leven op aarde terecht is gekomen?

Centrum Melkweg: ideale verspreidingsgrond voor leven
Op ongeveer 26.000 lichtjaar afstand bevindt zich het centrale zwarte gat van de Melkweg, waaromheen de rest van het sterrenstelsel draait. De sterdichtheid in dit gebied is enorm: waar in de omgeving van de Zon sterren op gemiddeld enkele lichtjaren afstand van elkaar staan, zijn de afstanden in de dichtbevolkte kern van het Melkwegstelsel veel kleiner: gemiddeld 100 sterren per kubieke parsec, wat neerkomt op een gemiddelde afstand van minder dan 0,8 lichtjaar tussen sterren. Op deze korte afstanden zullen de Oortwolken rond deze sterren voortdurend brokstukken uitwisselen; volgens sommige schattingen is de uiterste rand van de Oortwolk rond de zon ongeveer een lichtjaar in diameter. De kans is dus veel groter dan hier, in de buitengewesten van het Melkwegstelsel, dat het leven zich van het ene planetenstelsel naar het andere kan verplaatsen.

Eerder bouwstenen voor leven aanwezig
Een ander argument is dat de ‘metaalrijke’ Populatie I sterren in het centrum van de Melkweg rijk zijn aan atomen zwaarder dan waterstof en helium. Vlak na het ontstaan van het heelal bestond er alleen waterstof, het extreem inerte edelgas helium en een spoortje lithium. Er zijn hiermee welgeteld drie chemische verbindingen mogelijk: moleculair waterstof (H₂), metallisch lithium (Li) en lithiumhydride (LiH). Veel te weinig voor welke vorm van op chemie gebaseerd leven dan ook.

Leven kan alleen ontstaan als zich koolstof, zuurstof en stikstof hebben gevormd. Deze zijn ontstaan na supernova’s, die in het dichte centrum van de Melkweg veel meer, en ook al eerder, voorkwamen dan in de spiraalarmen. De omstandigheden voor het ontstaan van leven waren daar dus al miljarden jaren eerder aanwezig dan hier in de periferie. De kernen van zeer ver weg gelegen sterrenstelsels, waarvan het licht van vlak na het ontstaan van het heelal dateert, laten reeds grote hoeveelheden zwaardere elementen zien, meer zelfs dan die van de zon (!) [1]. Er was dus erg veel gelegenheid voor het leven om zich in deze omgeving te vormen.

Sterexplosies te overleven door bacteriën
Door sommige auteurs is het galactische centrum een onwaarschijnlijke plaats voor het ontstaan van complex leven genoemd, juist door deze veel optredende dodelijke sterexplosies[2]. Eenvoudige levensvormen zoals bacteriën worden echter effectief beschermd door een dikke laag water, die op oceaanwerelden en ijsplaneten overvloedig aanwezig is. Op aarde komen bacteriën in de aardkorst, zo lijkt het, voor tot op 20 kilometer diepte[3]. Voor bacteriën ligt het verhaal dus heel anders. De oudste aangetroffen sporen van leven op aarde zijn van prokaryoten, eencellige organismen zonder celkern. Deze kunnen, zo weten we, uitstekend overleven op een aardachtige planeet of ijsplaneet in het galactische centrum.

Zwerfsterren als uitzaaiers van leven
Naar we nu weten, worden er zeer grote hoeveelheden sterren uit de Melkweg geslingerd. Volgens sommige schattingen bevinden er zich zelfs meer sterren in de intergalactische ruimte dan in sterrenstelsels.
Sommige sterren die rond het zwarte gat in het centrum van de Melkweg roteren, zoals de ster S2, bereiken relativistische snelheden van (bij S2) 1,67 procent de lichtsnelheid. Voldoende om te ontsnappen aan het zwaartekrachtsveld van de Melkweg en zeker voldoende om bijvoorbeeld het gebied van de Zon te bereiken, gesteld dat er een mechanisme bestond waarmee ze zich uit het zwaartekrachtsveld van dit zwarte gat konden bevrijden. Astronomen Loeb and Guillochon denken een dergelijk mechanisme gevonden te hebben[4]. De Melkweg slokt voortdurend kleinere sterrenstelsels op. Als het centrale zwarte gat dat van de Melkweg ontmoet, worden de omloopbanen van de sterren die hierom heen draaien instabiel. Deze worden dan soms weggeslingerd met snelheden die tot tientallen procenten van de lichtsnelheid kunnen bedragen. Je kan zelf dit effect waarnemen, als je in een zwaartekrachtssimulator, bijvoorbeeld deze, twee sterren met elk een planetenstelsel elkaar laat naderen.
Deze sterren zijn ook waar te nemen in de intergalactische ruimte, als ze het einde van hun bestaan in de Hoofdreeks naderen en, uitgeput, veranderen in rode reus [5].
Hiermee wordt het in principe mogelijk, dat sterren van het ene sterrenstelsel naar het andere reizen, met in hun kielzog een zwerm ijzige brokstukken die mogelijk leven herbergen. Een interessante theorie. Zou het leven afkomstig kunnen zijn van buiten de Melkweg?

Bronnen
1. Y. Juarez et al., The metallicity of the most distant quasars, A&A 494, L25-L28 (2009), DOI: 10.1051/0004-6361:200811415
2. CHarles H. Lineweaver et al., The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way, gepubliceerd in Science (2004)
3. Philippa S. Stoddard et al., Light carbon stable isotopes in aragonite veins, Lopez Island, WA: evidence for deep life?, Geological Society of America Annual Proceeding, 2014
4. James Guillochon en Abraham Loeb, The Fastest Unbound Stars in the Universe, ArXiv preprint server (2014)
5. James Guillochon en Abraham Loeb, Observational Cosmology With Semi-Relativistic Stars, ArXiv preprint server (2014)

Lees ook:
Is het zonnestelsel afkomstig uit het centrum van de Melkweg?
Zwerfsterren in intergalactische ruimte gevonden
Kosmische oceaan ontdekt

De Steen van Rosetta bevatte zowel hiÃ«roglyfen, het eenvoudiger hiÃ«ratische schrift en Grieks. Dit maakte het mogelijk om de hiÃ«roglyfen te ontcijferen.

Zwarte gaten als Steen van Rosetta

18 reacties / Ideeën, Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 2 juli 2012 2 juli 2012

Door een kwantummechanische beschrijving van een zwart gat te maken, kunnen de twee verschillende natuurkundig theorieën – de algemene relativiteitstheorie en kwantummechanica in elkaar worden vertaald. Eindelijk zicht op een kwantumzwaartekrachtstheorie? Het idee helpt ook enkele mysteries op te lossen die deze bizarre objecten omringen.

Hoe werken zwarte gaten werkelijk?
Zwarte gaten brengen de nodige paradoxen met zich mee. Hawking toonde aan dat zwarte gaten (waar normaliter niets uit kan ontsnappen) langzaam verdampen, hoe kleiner hoe sneller, en warmtestraling afgeven met een temperatuur die afhangt van de grootte: hoe kleiner het zwarte gat, hoe heter. Niemand weet echter wat de mechanica achter dit proces is, m.a.w. hoe precies deze (Hawking-)straling uit het ‘niets’ ontstaat. Het waarnemen van een zwart gat vanaf grote afstand is uitermate lastig. Wel is in een fysisch model van een zwart gat ondertussen Hawkingstraling aangetoond.

Nu hebben twee natuurkundigen, Georgi Dvali die bij het CERN (bekend van de LHC-protonenkraker) werkt en Cesar GÃ³mez van de Universidad AutonomÃa te Madrid hebben het aangedurfd om een zwart gat niet met de algemene relativiteitstheorie, maar kwantummechanisch te beschrijven. De eerste stap, ldus Dvali, was een zwart gat beschrijven in de vorm van deeltjes. In alle kwantumveldtheorieën zijn de bouwstenen namelijk quanta, deeltjes, van kwantumvelden.

Zwart gat als gravitonenklomp
Het tweetal gebruikte gravitonen, hypothetische (en nogal problematische, ze werken namelijk ook op elkaar in) massaloze deeltjes die de zwaartekracht zouden overbrengen. Ongeveer zoals fotonen elektromagnetische krachten overbrengen. Een zwart gat is het dichtst denkbare object. Dvali en Gomez namen daarom aan dat in een zwart gat de gravitonen maximaal op elkaar gepakt liggen. Met andere woorden: een zogeheten Bose-Einstein condensaat van gravitonen vormen. Bose-Einstein condensaten gedragen zich als één deeltje, wardoor kwantumefffecten zich op macroschaal manifesteren. Bekende voorbeelden van Bose-Einstein condensaten uit de praktijk zijn de bizarre supervloeistoffen (van heliumatomen) en supergeleiding (van elektronen).

Hawkingstraling
Uit hun artikel blijkt dat door Hawking voorspeld gedrag van zwarte gaten, zoals de Hawkingstraling en het temperatuursverloop, exact te verklaren zijn met hun model. Er is nog een duidelijk argument, dat vermoedelijk het tweetal op het juiste spoor heeft gezet. Dat zwarte gaten een temperatuur hebben, betekent dat ze entropie hebben. Entropie betekent letterlijk: het aantal toestanden dat een systeem kan innemen. Een rij met met tien knikkers heeft 10!=10*9*8*7*6*5*4*3*2 = 3 628 800 maal zoveel mogelijkheden als één knikker. Om van entropie te kunnen spreken, moeten er dus knikkers (of elektronen, fotonen, vul maar in) bestaan. Door kwantumfluctuaties verdampt dit condensaat langzaam. Af en toe krijgt een graviton namelijk genoeg energie om te ontsnappen. Hoe minder gravitonen er overblijven, des te sterker reageren de gravitonen op elkaar en des te meer energie is er nodig voor een graviton om te ontsnappen, wat zich vertaalt in hetere Hawkingstraling. Inderdaad, stelt Hawking, neemt de temperatuur van een zwart gat snel toe als het kleiner wordt. Dit proces wordt precies beschreven met de kwantumbeschrijving van het tweetal.

Theorie van Alles?
Het dichtstbijzijnde ding dat waarchijnlijk een zwart gat is bevindt zich op honderden lichtjaren. Toch is deze kwantumbeschrijving uitermate nuttig. Hiermee kunnen we namelijk het allervervelendste problemen in de natuurkunde oplossen: de koude oorlog tussen de algemene relativiteitstheorie en kwantummechanica. We kunnen nu hetzelfde doen als Champollion deed met de steen van Rosetta: de algemene relativiteitstheorie vertalen in kwantummechanica. Dit zou wel eens een doorbraak kunnen zijn op weg naar de langgezochte kwantumzwaartekrachtstheorie. Als dit lukt, en Dvali en Gomez inderdaad met behulp van gravitonachtige deeltjes de algemene relativiteitstheorie kunnen herformuleren als kwantumtheorie, kan het gepruts aan de zogeheten snaartheorie in de vuilnisbak.

Gerard ’t Hooft is minder overtuigd van de merites van het werk van beide heren. Hij denkt dat zwarte gaten subtieler in elkaar zitten dan louter condensaten van gravitonen [2].
Wellicht. De vernedering voor hem zou totaal zijn, aangezien hij zo dicht bij het antwoord zat. Persoonlijk denk ik dat dit een behoorlijk elegant model is, al zijn en blijven gravitonen ondingen. Ik vermoed zelf dat de zogenaamde gravitonen kwantumverstrengelingen zijn, zie dit artikel. We kunnen dit originele tweetal maar beter goed in de gaten houden.

Bronnen
1. Dvali en Cesar Gomez, Black Holeâ€™s Quantum N-portrait, ArXiv preprint, 2012
2. Black holes could act as cosmic Rosetta stones, New Scientist (2012)

Volgens sommige theorieÃ«n bestaat donkere materie uit zwarte gaten die zijn ontstaan vlak na de oerknal. Of misschien wel eerder...

‘Donkere materie bestaat uit zwarte gaten’

16 reacties / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 26 augustus 2011 26 augustus 2011

Volgens een controversiële nieuwe theorie is de missende materie in het universum opgesloten in onafzienbare aantallen kleine zwarte gaten. Zijn zwarte gaten de regel in plaats van een bizarre uitzondering?

Donkere materie is een lastig probleem dat de astronomie al vele jaren plaagt. Van alle massa die zwaartekrachtseffecten opwekt kunnen we maar een paar procent herleiden tot gaswolken, sterren en planeten. De rest is onzichtbaar, maar oefent wel zwaartekracht uit. Er zijn al veel theorieën bedacht om deze donkere materie te verklaren, variërend van nog niet waargenomen zware deeltjes die behalve door de zwaartekracht nergens mee reageren, tot afwijkingen in de zwaartekrachtswetten.

Misschien deugen beide verklaringen niet. Astronoom Mike Hawkins van het Royal Observatory in het Schotse Edinburgh, denkt dit. Hij gelooft dat wat we donkere materie noemen, in werkelijkheid bestaat uit enorme aantallen zwarte gaten die vlak na de Big Bang zijn ontstaan. De clai is controversieel. Toch gelooft Hawkins dat hij in de loop der jaren voldoende bewijs heeft verzameld om deze claim hard te maken. Als hij gelijk heeft, ziet het heelal er radicaal anders uit dan tot nu toe gedacht. Zwarte gaten komen dan namelijk veel meer voor dan tot nu toegedacht. Ze maken dan zelfs viervijfde van alle materie uit.

Hawkins kwam op zijn ideeën in 1975, toen hij gedurende vele nachten een deel van de zuidelijke sterrenhemel waarnam. Hij gebruikte hiervoor de Engelse Schmidt telescoop in het Australische Siding Springs. Na vijf jaar vond hij naast de sterren die hij zocht, iets onverwachts: duizenden objecten die extreem langzaam helderder en dan zwakker werden. Dit bleken achteraf quasars te zijn: de extreem actieve kernen van jonge melkwegstelsels aan de rand van het (voor ons) waarneembare universum.

Met deze quasars was wat vreemds aan de hand. Het is welbekend dat zwarte gaten van miljoenen zonsmassa’s opvlammen als er materie in valt. Omdat dit onregelmatig verloopt, varieert hun licht, bijvoorbeeld als een ster of groepje sterren wordt opgeslokt. Dit soort effecten laat quasars opflakkeren in een paar dagen, niet in jaren of decennia, zoals Hawkins waarnam. Volgens hem is de meest zinnige verklaring microlensing: een onzichtbaar, extreem zwaar object passeert voor de quasar langs en versterkt of verzwakt het licht juist. Zijn berekeningen wijzen uit dat dit in principe kan, als de hemellichamen die voor de quasars langs bewegen ongeveer de massa hebben van de zon. Wat kunnen deze enorme, microlenseffect opwekkende hemellichamen zijn?

Sterren, zou je op het eerste gezicht zeggen, maar de omstandigheden vlak na de Big Bang maken dit zeer onwaarschijnlijk. Uit berekeningen volgt dat er maximaal twee keer zoveel baryonen, ‘zware deeltjes’ zijn als we in de zichtbare materie, zoals sterren en melkwegstelsels, kunnen waarnemen. Kortom: zijn deze zware objecten inderdaad verantwoordelijk voor de versterking en verzwakking van het quasarlicht, dan kunnen ze niet uit materie zoals wij die kennen bestaan. We zien het effect namelijk bij elke quasar. Er is domweg niet voldoende materie in het heelal om dit te verklaren. De objecten moeten dus uit donkere materie bestaan. Zwarte gaten zijn de meest logische kandidaat. Volgens sommige kosmologische theorieën zijn deze ontstaan toen sommige quarks – de bouwstenen van protonen en neutronen – niet deeltjes vormden, maar quarksterren die later door hun hoge dichtheid in zwarte gaten veranderden.

De helderheid van de vier reflecties van het Einsteinkruis wisselt onafhankelijk van elkaar.

Het is overigens de vraag of er veel zwarte gaten zijn. De MACHO Collaboration, een team dat op zoek is naar zware donkere objecten, nam drie miljoen sterren waar in de Kleine en Grote Magellaanse Wolken (twee dwergstelsels die op dit moment door de Melkweg op worden geslokt). Als zwarte gaten verantwoordelijk zijn voor donkere materie, moeten er heel veel zijn in en rond de Melkweg. Donkere materie vormt namelijk en soort bolvormige halo rond de Melkweg. Er werden echter slechts zeventien microlensing gebeurtenissen waargenomen. Voorlopige conclusie: slechts twintig procent, misschien zelfs nog wel minder, van de dnkere materie wordt door zware objecten verklaard.

Hawkins is het daar niet mee eens. Hij denkt dat de halo een andere structuur heeft en vraagt zich af hoe efficiënt microlensing effecten werden waargenomen. Hij heeft nog meer argumenten. De variaties in quasarlicht blijken namelijk niet samen te hangen. Verschillende quasars vertonen heel ander gedrag. Ook blijken de lichtsterktes van delen van een Einsteinring – een door een andere zwaartekrachtlens vervormde quasar of andere lichtbron – onafhankelijk van elkaar te variëren. Als de quasar zelf knippert, is dat onwaarschijnlijk. Een ander argument: zowel quasars ver weg als quasars vlakbij knipperen even snel. Dit kan in feite niet. Quasars ver weg moeten door de Einsteiniaanse tijdsvertraging veel langzamer knipperen. Conclusie: objecten relatief dichtbij moeten verantwoordelijk zijn voor het knipperen, aldus Hawkins.

Zoals een echt goede wetenschappelijke theorie betaamt, is Hawkins model falsifieerbaar. Als donkere materie-deeltjes werkelijk worden aangetoond (en het Italiaanse DAMA experiment onder de granietberg Gran Sasso, alsmede het Amerikaanse CoGent experiment, lijkt daarop te wijzen) heeft Hawkins ongelijk. Voorlopig zijn de meeste natuurkundigen nog niet overtuigd dat deze twee experimenten iets hebben aangetoond. Wat Hawkins werkelijk nodig heeft is een daadwerkelijke waarneming van een zwart gat. Volgens de berekeningen moeten ze zich op ongeveer veertig lichtjaar afstand van elkaar bevinden. Zwarte gaten van een zonsmassa zijn ook extreem klein – ongeveer drie kilometer in doorsnede – dus uiterst lastig te vinden op die afstand. Daarom wil Hawkins dat de Macho Collaboration wordt voortgezet zodat er meer microlensing gebeurtenissen worden gevonden.

Het kan ook zo zijn dat die zwarte gaten uit een eerder universum afkomstig zijn, d.w.z. ouder zijn dan de Big Bang, zoals sommige theoretici denken. In dat geval is donkere materie uit een eerder heelal afkomstig.

Bronnen
1. Michael R.S. Hawkins, The case for primordial black holes as dark matter, ArXiv (2011)

Het mogelijke uitzicht vanaf een exoplaneet op een zwart gat in het centrum van melkwegstelsel NGC 4261. Bron: NASA

‘Zwarte gaten hebben grootte in vaste stappen’

1 reactie / Wetenschap / Door Germen Roding / 10 juli 2011 10 juli 2011

Uit een theoretische analyse blijkt, dat zwarte gaten een doorsnede hebben die uit veelvouden van de Plancklengte bestaat. Hier kunnen we sporen van zien in de LHC-botsingen. En over de LHC gesproken: is die wel veilig, of moeten we ons zorgen maken?

Massa zwarte gaten evenredig aan doorsnede
Zwarte gaten, restanten van ineengestorte sterren waar zelfs licht niet aan kan ontsnappen, hebben een merkwaardige eigenschap. Hun doorsnede is recht evenredig met hun massa. Een zwart gat van één zonsmassa heeft bijvoorbeeld een doorsnede van drie kilometer, van twee zonsmassa’s van zes kilometer enzovoort. Dus stop je twee keer zo veel massa in een zwart gat, dan wordt het volume acht keer zo groot. Zwarte gaten kunnen ook zeer klein zijn.

Zwarte gaten hebben discrete massa

Georgi Dvali en zijn collega’s van de Ludwig-Maximilians-UniversitÃ¤t in het Duitse München hebben nu nog een eigenschap ontdekt. Volgens deze mensen moeten zwarte gaten die zich op kwantumschaal vormen, ook gekwantificeerde massa’s hebben. Met andere woorden: een zwart gat kan alleen een veelvoud van een bepaalde elementaire massa bevatten. Hun redenering is opmerkelijk simpel. Als de massa van een zwart gat niet gekwantificeerd is, kan de massa werkelijk elke waarde aannemen. Als dat het geval zou zijn, zou de productiesnelheid van micro-zwarte gaten oneindig zijn. Ze kunnen zich bij elke botsing en bij elke energie vormen. Omdat dat duidelijk niet het geval is, moeten zwarte gaten gekwantificeerd zijn. Dvali en zijn mede-auteurs denken dat dit veelvouden van de Plancklengte moeten zijn. het is alleen niet duidelijk hoe dit zwarte gaten beïnvloedt die in en uit het bestaan springen.

LHC als bron voor zwarte gaten
Dvali en consorten denken dat micro-zwarte gaten het eerste op zullen duiken in hun laagste kwantumstaat (dus elementaire massa) in de enorme deeltjesversneller LHC in de vorm van een zogeheten kwantumresonantie, wat deeltjesfysici een bobbel in hun data noemen. Dit zou oorspronkelijk moeilijk te onderscheiden zijn van een ‘gewoon’ deeltje, maar hogere-energie experimenten moeten ook zwarte gaten in hogere energietoestanden (m.a.w. met meer massa) opleveren. Op dit moment is er nog geen manier om uit te werken bij welke energie we ze precies zullen waarnemen, aldus de auteurs. Ook blijkt de Plancklengte helemaal niet zo fundamenteel als hiervoor gedacht. Zolang nog niemand een zwart gat met eigen ogen waar heeft genomen, zullen de speculaties nog wel even blijven.

Is het LHC veilig?
Sommigen speculeren dat het LHC wel eens niet veilig zou kunnen zijn. Weliswaar voorspelde Hawking dat zwarte gaten uiteenvallen door het uitzenden van straling omdat ze een temperatuur hebben, maar experimenteel bewijs hiervoor ontbreekt vooralsnog. Sterker nog: we nemen raadselachtige kosmische straling waar die meer dan een miljoen maal zo krachtig is als zelfs de LHC kan produceren. Als iets een zwart gat is, dan zou dat het wel moeten zijn. Was er inderdaad wat gebeurd, dan hadden we dat ook snel gemerkt. Bijvoorbeeld omdat we op een dag wakker worden terwijl de aarde om ons heen verdwenen is…

Bronnen
1. Gia Dvali, Cesar Gomez, Slava Mukhanov, Black Hole Masses are Quantized, ArXiv, 2011
2. Black Hole Mass Must Be Quantized, Say Physicists, MIT Technology Review Arxiv Blog, 2011

Kleine zwarte gaten, bijvoorbeeld met de massa van Neptunus, zijn zo groot als een voetbal en daarmee onzichtbaar van grote afstand.

Hoe maak je een zwart gat? De (misschien) ultieme handleiding

2 reacties / Visionaire vragen, Wetenschap / Door Germen Roding / 12 juni 2011 12 februari 2021

Een zwart gat is erg handig. Je ziet je afval nooit meer terug en krijgt er nog veel energie voor terug ook. Volgens sommige theorieën kan je zelfs via een wormgat reizen. Maar hoe maak je een zwart gat?

Zwarte gaten: energie uit afval
Op het eerste gezicht lijkt het een krankzinnig idee. Wie gaat er een allesvernietigend monster bouwen dat alles waar het mee in aanraking komt, opslokt? Wel, misschien onze nazaten. Een zwart gat is namelijk de efficiëntst denkbare energiecentrale die we op dit moment kennen.

Een gedachtenexperiment. Stel dat je een lift met een gewicht laat zakken tot op de waarnemingshorizon van een zwart gat. Dan kan je in principe de energie die dat oplevert, aftappen met een dynamo. Dit is in principe ongeveer 6% (een stilstaand zwart gat) tot 42% (een roterend zwart gat) van de hoeveelheid energie die in de massa besloten ligt. Met andere woorden: een zwart gat is een praktische manier om massa in nuttige energie om te zetten. Een zwart-gat energiecentrale met 42% rendement zou in de complete energiebehoefte van de wereld – van oceaanstomer tot gloeilamp – kunnen voorzien door er per jaar 12 ton massa in te gooien. Inderdaad. Massa. Zwarte gaten zijn niet kieskeurig. Wel moet je uiteraard voorkomen dat je zwarte gat ontsnapt. Want zie het dan maar weer eens terug te krijgen…

Interessant, maar hoe maak je een zwart gat?
Je moet dan heel veel materie in een klein volume samenpersen. Om een indruk te geven: als je een zonsmassa in een bol met drie kilometer doorsnede samenperst, ontstaat een zwart gat. Hoe groter het zwarte gat, hoe makkelijker. Tien zonsmassa’s, bijvoorbeeld, kunnen in een bol van dertig kilometer doorsnede worden samengeperst, met duizend keer zoveel volume. De massa van het melkwegstelsel samengeperst, 100 miljard zonsmassa’s, zou een zwart gat zo groot als ons zonnestelsel opleveren.

Veel massa op elkaar stapelen
De meest voor de hand liggende methode is dus maar genoeg massa op een hoop te gooien. Op een gegeven moment stort het vanzelf in elkaar tot een zwart gat. Dit gebeurt in uitgebrande sterren. We weten uit berekeningen dat een neutronenster van meer dan drie zonsmassa’s onvermijdelijk moet instorten tot een zwart gat, of wellicht een quarkster (en dan bij een iets hogere massa alsnog een zwart gat). Helaas is er een probleempje. Als je massa sterk samenperst, en dat gebeurt als je er heel veel van verzamelt, krijg je kernfusie. Je maakt zo eigenlijk een ster. Een ster levert stralingsdruk, waardoor de massa niet meer in elkaar gaat klappen. Weg zwarte gat. Of sterker: de protoster ontploft direct.

Zware sterren veranderen pas in een zwart gat als de materie totaal opgebrand is. Je praat dan over massief ijzer en nikkel, want uit alle andere atoomkernen is nog energie te halen door ze te splitsen of samen te voegen. je zou dus meer dan drie zonsmassa’s aan ijzer en nikkel bij elkaar moeten gooien. Duidelijk niet erg praktisch. Het is dan slimmer zelf naar een bestaand zwart gat te reizen.

Massa sterk samenpersen
Een tweede oplossing is een kleinere hoeveelheid massa met een bolvormige drukgolf naar binnen persen. Iets dergelijks gebeurt in een waterstofbom: die gebruikt een splijtingsbom als ontsteker. Daardoor wordt het deuterium en tritium (zware vormen van waterstof) zo sterk samengeperst dat kernfusie ontstaat, wat weer voor meer neutronen zorgt om het uranium te laten splijten.

Iets dergelijks zou je ook op grotere schaal kunnen doen. Om een zwart gat met de massa van Jupiter te maken, moet je die massa samenpersen in een bol van ongeveer drie meter doorsnede. In theorie is dit te doen, als je over wat superaardes van massief uranium beschikt, maar een dergelijk zwart gat zou weinig overlaten van de aarde. Waarschijnlijk wil je een kleinere afmeting, iets met de massa van een grote asteroïde bijvoorbeeld. Hiervoor zou je in theorie ook de lichtenergie van de zon kunnen gebruiken. Daarvoor moet je al het zonlicht door middel van enorm veel spiegels samen laten komen in één punt. De zon heeft een vermogen van 4.1 Ã— 10²⁶ W, overeenkomend met 3,15 Ã— 10¹⁸ N stralingskracht via het Poyntingeffect. Druk is kracht per oppervlakte. Hoe kleiner je oppervlakte, hoe groter je druk als de kracht gelijk blijft. In theorie kan je dus zo materie met behulp van licht samenpersen, als het beginvolume (en dus oppervlak) maar klein genoeg is. Op dit moment wordt deze techniek gebruikt om kernfusie te bereiken. Je kan op deze manier in principe ook voldoende druk opwekken om materie zo sterk samen te persen dat een waarnemingshorizon ontstaat. Maar wacht. Als je toch al over zoveel energie beschikt, kan je ook wel… Inderdaad ja…

Deeltjes heel veel energie geven
In principe kan je een deeltje ook heel veel energie geven. Als een puntdeeltje meer massa heeft dan de zogeheten Planckmassa, 21,8 microgram, vormt zich automatisch een waarnemingshorizon. Sommige mensen denken dat de LHC op die manier micro-zwarte gaten produceert. In feite is dit onzin, we hebben kosmische straling gevonden die zo energierijk is dat deze de LHC miljoenen malen overtreft. En zelfs dit is nog lang niet genoeg om de Plancklimiet te kraken. Daarvoor zou nog tienduizend maal zoveel energie moeten worden toegevoerd. Helaas (of liever gezegd: gelukkig) vallen micro-zwarte gaten heel snel uit elkaar door Hawkingstraling. Erg lang plezier heb je dus niet van je micro-zwarte gat. Maar toch. Heel, heel misschien heeft Hawking geen gelijk…

The Unreasonable Efficiency of Black Holes

Bekijk deze video op YouTube

OK, zwarte gaten maken heeft dus niet zoveel zin. Maar ik wil wel bijna gratis energie uit een zwart gat. Wat nu?
Volgens sommige kosmologische theorieën zijn er de nodige micro-zwarte gaten aan de zwerf in het heelal. Deze zwarte gaten vormden zich vlak na de Big Bang en zwerven nu door het heelal. Af en toe verdampt er een door het Hawkingeffect, wat waar te nemen zou zijn als een gammauitbarsting. Inderdaad zijn er enkele -omstreden- aanwijzingen gevonden dat dergelijke gammauitbarstingen zich voordoen. Als we een dergelijk mini-zwart gat kunnen vangen en in een baan om de aarde brengen, hebben we een overvloedige bron van energie. Er zijn al verschillende manieren bedacht om deze mini-zwarte gaten te vinden. En zullen er in de toekomst nog wel meer ideeën bedacht worden. Het is ook goed mogelijk dat Planeet Negen bestaat, en onzichtbaar is vanaf de aarde omdat het een zwart gat is. Dus de kans is aanwezig dat we op een dag onze energierekening met gevaarlijk afval betalen…

Volgens Pace en Aaron van Devender hoeven we ons geen zorgen te maken dat de aarde door micro-zwarte gaten wordt opgevreten. Atomen blijven er in een schil omheen zitten.

‘Zwarte gaten vormen atomen’

1 reactie / Universum, Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 5 mei 2011 5 mei 2011

Kleine zwarte gaten verdampen uiteindelijk in een grote explosie. Dat voorspelt Hawkings model van zwarte gaten. Wat als hij niet gelijk heeft? Dan zouden zeer kleine zwarte gaten wel eens een soort atomen kunnen vormen. En kunnen we sporen van ze waarnemen.

Er worden twee soorten zwarte gaten voorspeld. ‘Standaard’ zwarte gaten ontstaan als een zware ster uiteindelijk ineenstort tot een zwart gat (en zijn dus ook enorm groot).
Primordiale zwarte gaten, waarvan het bestaan niet zeker is (al wijzen bepaalde gamma-explosies op hun bestaan) zouden ontstaan zijn vlak na de Big Bang en hebben ongeveer de massa van een grote berg (zijn dus extreem klein, kleiner dan een atoom). Er zou, denken enkelen, overigens ook een derde type zwart gat kunnen bestaan, dat in een cyclisch universum de Grote Krak en daarna de Big Bang heeft overleefd.

In theorie zouden deze zeer kleine zwarte gaten atoom voor atoom eten. Natuurkundigen Pace VanDevender van Sandia National Labs en Aaron VanDevender hebben nu berekend dat dat niet klopt. Op atomaire schaal is de sterkte van de zwaartekracht van een primordiaal zwart gat vergelijkbaar met de elektromagnetische kracht die normale atomen bij elkaar houdt. Beide natuurkundigen denken daarom dat andere atomen zich door kwantumzwaartekrachteffecten in een baan om het micro-zwarte gat gaan nestelen. Er ontstaan dan een vorm van gravitatieatomen met opmerkelijke eigenschappen.

Zeer kleine zwarte gaten (zoals die in het CERN gevormd zouden worden) zouden zo klein zijn, dat zelfs thermische ruis al voldoende is om atomen te laten ontsnappen. Grotere zwarte gaten met een massa van tien tot duizend ton zijn wel voldoende sterk om atomen gevangen te houden en zouden dus omringd moeten zijn door atomen als silicium en ijzer. Dergelijke objecten zijn, denkt het tweetal, waarneembaar als ze op aarde inslaan. Volgens hun berekeningen worden de zwarte gaten losgetrokken van de atomen en is dit waar te nemen als een radiosignaal.
“Een zoektocht naar elektromagnetische signalen van de gravitatieatomen moet zich daarom focussen op snel bewegende, niet-geïdentificeerde RF-bronnen in de ruimte rondom de aarde,” aldus de twee.

Dit past zeker binnen de mogelijkheden van de bestaande waarnemingsapparatuur. Immers, hierbij kan je de gehele dampkring van de aarde gebruiken als een natuurlijke, gigantische zwarte-gat detector. Bij een experiment kan vrij gemakkelijk de golflengte afgeluisterd worden waarbij op aarde inslaande micro-zwarte gaten inslaan, radiostraling uitzenden. Wordt hun bestaan inderdaad aangetoond, dan hebben we weer een nieuwe kandidaat er bij voor donkere materie.

Met mini-zwarte gaten zou je allerlei handige dingen kunnen doen. Als je een zestal kleine zwarte gaten als een zeshoek, in elkaars Lagrangepunten, extreem snel laat rondtollen, zou je een soort Lense-Thirringeffect antizwaartekrachtsgenerator kunnen bouwen. Helaas (of gelukkig; vraatzuchtige zwarte gaten zijn bepaald geen prettige buren) hebben ze volgens Hawking dus de onhebbelijke eigenschap te ontploffen.

Bronnen
1. A. en P. van Devender, Structure and Mass Absorption of Hypothetical Terrestrial Black Holes, Arxiv, 2011
2. Mini Black Holes Could Form Gravitational Atoms, MIT Technology Review 2011

De Grote Krak is het omgekeerde van de Big Bang. Alle materie wordt weer samengeperst in een punt.

‘Sommige zwarte gaten ouder dan Big Bang’

7 reacties / Universum, Wetenschap / Door Germen Roding / 3 mei 2011 3 mei 2011

Als het universum voortdurend uitzet en weer samentrekt, zoals sommige kosmologen geloven, kunnen bepaalde zwarte gaten van het ene universum overleven in het volgende, stellen ze. Zouden wezens van een vorig heelal zwarte gaten kunnen gebruiken om naar dit heelal te reizen?

Cyclische universa

Hindoes kennen al duizenden jaren het concept van het Brahma-jaar, waarin de kosmos zich vormt en weer wordt vernietigd in een eindeloze cyclus. Sommige kosmologen (overigens een minderheid) geloven dat er iets dergelijks met ons heelal aan de hand is. Waar het eerst in hoog tempo uitzet, zal het uiteindelijk weer ineenstorten waarbij de temperaturen weer oplopen tot Big Bang niveau. De zogeheten Grote Krak of Big Crunch. Op het eerste gezicht zou je zeggen dat werkelijk niets dit inferno kan overleven, maar volgens de Britse kosmoloog Bernard Carr van de Queen Mary University van Londen en zijn collega Alan Coley van de Dalhousie University in Canada is dat niet zo. Zwarte gaten van enkele honderden miljoenen kilogram tot enkele zonsmassa’s kunnen de dans ontspringen, wijzen hun berekeningen uit. Deze zwarte gaten zouden dan wijdverspreid zijn geraakt als het universum zich snel uitzette, aldus de theorie. Loop quantum gravity, de grote concurrent van de snaartheorie, stelt dat er cyclische universa bestaan.

Zwarte gaten
Zwarte gaten zijn concentraties massa die zo dicht opeengeperst zijn dat licht niet meer kan ontsnappen en letterlijk alles wordt opgeslokt. Zware sterren storten ineen tot een zwart gat van enkele zonsmassa’s. Er bevinden zich ook enorme zwarte gaten van miljoenen zonsmassa’s in de centra van melkwegstelsels zoals het onze. Dat is niet het hele verhaal. Zwarte gaten verdampen namelijk extreem langzaam, hoe kleiner hoe sneller, tot ze hun laatste energie in een enorme explosie uitbraken. Volgens een nieuwe theorie is het mogelijk in het binnenste van een groot roterend zwart gat te overleven.

Volgens sommige theorieën zijn er ook zogeheten primordiale zwarte gaten: zwarte gaten die werden gevormd vlak na de Big Bang, toen de dichtheden op sommige plaatsen hoog genoeg waren om zwarte gaten te vormen. Volgens die theorie nemen wij de gammaflitsen waar als zij bijna helemaal verdampt zijn en in een felle explosie uiteen vallen in straling.

Een probleem is dat we niet in staat zijn onderscheid te maken tussen primordiale zwarte gaten en de zwarte gaten die stammen van voor de oerknal. Zwarte gaten kunnen namelijk maar op drie manieren van elkaar verschillen: hun massa, draaisnelheid en elektrische lading en de massa’s van beide soorten zwarte gaten lijkt sterk op elkaar, stellen Coley en Carr. Beiden geven dezelfde karakteristieke gammastraling-chirp als ze “afgaan”.

Aliens uit ons voorgangersheelal?
Wat een intrigerende vraag open laat. Stel dat een zeer vergevorderd beschaving in een heelal leeft dat gedoemd is ineen te storten. Uiteraard zullen deze aliens dan er alles aan doen om in ieder geval iets van hun beschaving veilig te stellen voordat de Grote Krak optreedt. Wie weet construeren ze een bolvormige schil van neutronium, waarbinnen ze een reddingscapsule aanbrengen: een zelfreplicator met in milligrammen materie opgesloten, de geesten van miljarden van hun volk. Op die schil plaatsen ze zoveel materie dat het object verandert in een zwart gat. Zodra het zwarte gat verdampt, “popt” hun reddingscapsule tevoorschijn en hebben ze het rijk alleen, met miljarden jaren voorsprong op andere levensvormen die zich nog moeten ontwikkelen. Dan moeten ze uiteraard niet de pech hebben dat ze midden in een grote ster of in de leegte terecht komen, maar aan de andere kant blaast de gamma-explosie de ruimte om ze heen mooi schoon. De massa van het zwarte gat zal klein genoeg moeten zijn om het op tijd te laten verdampen. Deze theorie bevat uiteraard nog de nodige mitsen en maren. Zo is het zeer de vraag of de inhoud van een zwart gat zonder kleerscheuren aan het binnenste van een zwart gat kan ontsnappen als dit verdampt. Onze huidige theorie”:en zijn hier niet duidelijk over. Maar toch. Wat als dat in ons heelal gebeurd is?

Bronnen

1. Carr, B, en Coley, A., Persistence Of Black Holes Through A Cosmological Bounce, ArXiv.org, 2011