Natuurkundigen beleven momenteel een gouden eeuw van nieuwe kennis over zwarte gaten. Sinds 2015 kunnen onderzoekers signalen rechtstreeks van zwarte gaten ontvangen met behulp van zwaartekrachtsgolfobservatorium met een laserinterferometer (LINK), terwijl observatoria zoals de Event Horizon-telescoop (EHT), krijg de eerste afbeeldingen schaduwen van een zwart gat. Dit jaar was geen uitzondering, met een nieuwe oogst van opwindende en unieke resultaten die de horizon van onze kennis van zwarte gaten verruimen. Hier bekijken we enkele van de meest indrukwekkende ontdekkingen van 2020.
Alsof we willen bevestigen dat 2020 het jaar van het onderzoek naar zwarte gaten was, is de belangrijkste prestatie van de wetenschap: Nobelprijs - werd in oktober uitgereikt aan drie natuurkundigen wier werken licht werpen op het leven van deze mysterieuze ruimtevoorwerpen.
Roger Penrose van de Universiteit van Oxford in het VK ontving de helft van de prijs "voor de ontdekking dat de vorming van een zwart gat een robuuste voorspelling is van de algemene relativiteitstheorie", terwijl Andrea Guez van de Universiteit van Californië, Los Angeles en Reinhard Hansel van de Universiteit van Bonn en het Instituut voor Buitenaardse Fysica Max Planck in Duitsland deelde de andere helft "voor de ontdekking van een superzwaar compact object in het centrum van onze melkweg", zei de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen in een verklaring. Andrea Guez is pas de vierde vrouw die de Nobelprijs voor de natuurkunde wint, na Marie Curie in 1903, Maria Heppert-Mayer in 1963 en Donna Strickland in 2018.
LINK en zijn Europese tegenhanger Maagd observeer zwarte gaten door zwaartekrachtgolven in het weefsel van ruimte-tijd, die worden gevormd wanneer massieve objecten oscilleren.
Er zijn al verschillende indrukwekkende ontdekkingen gedaan bij de faciliteiten. Maar in mei maakte het samenwerkingsverband bekend dat het de grootste botsing met een zwart gat in de geschiedenis had ontdekt. Een van hen is 85 keer groter dan de massa van de zon, en de andere is 66 keer groter dan de massa van de zon.Als ze tegen elkaar botsen, vormen ze een zwart gat waarvan de massa groter is dan de massa van de zon met 142 keer. Naast het vestigen van records was de vondst de eerste in de zogenaamde "verboden" zone van middelzware zwarte gaten. Hoewel astronomen kleine zwarte gaten ter grootte van onze zon hebben gezien en weten dat kolossale, miljoenen keren de massa van de zon, bestaan in de centra van sterrenstelsels, heeft niemand eerder bewijs gevonden van zwarte gaten in dit middenbereik. Hoe ze precies zijn gevormd, blijft een mysterie dat wetenschappers momenteel proberen op te lossen.
Kort daarna Oerknal Het heelal was doordrongen van hete en turbulente straling. In sommige regio's was de energie dicht genoeg om theoretisch in te storten en een zwart gat te vormen.
Hoewel natuurkundigen nog steeds niet weten of deze bestaan oerzwarte gaten (PCD), hebben ze de laatste tijd nagedacht over wat er zou kunnen gebeuren als ze bestonden. Verschillende artikelen, waaronder een gepubliceerd in november, hebben gesuggereerd dat deze zwarte gaten, waarvan sommige kleiner zullen zijn dan die gevormd door stervende sterren, mogelijk donkere materie vormen, een onbekende stof die een zwaartekrachtsinvloed uitoefent op het hele universum. De komende jaren wordt geëxperimenteerd met het zoeken naar PCD, wat het bestaan ervan zal bevestigen of ontkennen.
Wat als je de ongelooflijk massieve zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels zou nemen en ze met een factor 11 zou vergroten? Dat suggereerden de onderzoekers in een artikel van september waarin de mogelijkheid van "ongelooflijk grote zwarte gaten" werd besproken (SLAB's).
Deze objecten zullen minstens 1 biljoen keer de massa van de zon wegen, 10 keer meer dan het grootste zwarte gat dat momenteel bekend is, het 66 miljard zonnemonster genaamd UW 618. Sommige van de SLAB's zijn mogelijk gevormd in het vroege heelal, waardoor een nieuwe klasse van oer-zwarte gaten is ontstaan, wat betekent dat we hun afdruk in de kosmische microgolfachtergrond konden zien toen ons universum slechts 380 jaar oud was. Anderen kunnen worden gedetecteerd door te kijken hoe ze het licht van verre sterren afbuigen als er zich een SLAB tussen ons bevindt. Dit concept blijft nog steeds hypothetisch, maar trekt steeds meer aandacht.
De meeste paren zwarte gaten die door de LIGO- en Virgo-instrumenten zijn gedetecteerd, hebben ongeveer dezelfde massa. Maar in april maakte de samenwerking bekend dat het meekeek de meest asymmetrische catastrofe.
De objecten die op een afstand van ongeveer 2,4 miljard lichtjaar van ons met elkaar in botsing kwamen, hadden een massa van respectievelijk ongeveer 8 en 30 keer die van onze zon. Een dergelijke onverwachte gebeurtenis werd als zeldzaam genoeg beschouwd dat zwaartekrachtsgolfinstallaties het al na een paar jaar niet zouden opmerken. De ontdekking daagt deze veronderstellingen uit en zet onderzoekers ertoe aan de mogelijkheid van hiërarchische fusies te overwegen, waarbij het ene zwarte gat met het andere botst, en vervolgens het resulterende overblijfsel versmelt met een ander zwart gat.
Wanneer een massief object op een bepaalde afstand een zwart gat nadert, kunnen de daar aanwezige extreme zwaartekrachten het object verscheuren in lange strengen materiaal die zich overal verspreiden.
Dit proces, in de volksmond spaghettificatie, werd zelden waargenomen omdat de meeste zwarte gaten worden omgeven door een verduisterde wolk van gas en stof. Maar in oktober wisten astronomen van de European Southern Observatory een foto te maken Spaghettificatie van de ster in ongekend detail met behulp van zowel de Very Large Telescope als de New Technology Telescope. Dit evenement, bekend als BIJ 2019qiz, zal onderzoekers inzicht geven in dergelijke verschijnselen en hen helpen de zwaartekracht in extreme omstandigheden beter te begrijpen.
Niemand wil te dicht bij een zwart gat komen. Gelukkig werd de kosmische Pac-Man in mei gespot in een baan rond een paar begeleidende sterren die bekend staan als HR6819, bevindt zich op een astronomisch veilige afstand van haar partners.
Het nieuwe zwarte gat ligt 1000 lichtjaar van de aarde op de loer in het zuidelijke sterrenbeeld Telescopium, drie keer dichterbij dan de vorige recordhouder. Astronomen kunnen het zwarte gat zelf niet rechtstreeks observeren, maar hebben de aanwezigheid ervan kunnen afleiden op basis van hoe het door de zwaartekracht twee andere objecten in het systeem beïnvloedt. Waarnemers op het zuidelijk halfrond kunnen de sterren in het HR 6819-systeem met het blote oog zien door naar een sterrenkaart te kijken en in het sterrenbeeld Telescopium, vlakbij de grens met het sterrenbeeld Pavo.
Om een zwart gat te kunnen vormen, moeten materie en energie instorten tot een klein punt van oneindige dichtheid. Aangezien dergelijke oneindigheden fysiek onmogelijk zouden moeten zijn, hebben theoretici lang gezocht naar een manier om zo'n vreemd resultaat te omzeilen.
Volgens de snaartheorie, die alle deeltjes en krachten vervangt door subatomaire, trillende snaren, kunnen zwarte gaten iets nog vreemder blijken te zijn: een wirwar van fundamentele snaren, zoals pluizig garen. In oktober toonde een onderzoek aan dat als de atomen in neutronensterren, een soort stellair overblijfsel dat niet dicht genoeg is om een zwart gat te vormen, eigenlijk een bundel snaren waren, het samendrukken van die snaren niet echt een zwart gat zou vormen, maar een pluizige bal - dat zou vergelijkbaar zijn met de bovengenoemde bol garen. Het vreemde idee is nog niet volledig geïmplementeerd, maar het is een van de mogelijke alternatieven voor het werken met oneindig.
Volgens natuurkundigen zou elk zwart gat omgeven moeten zijn door zogenaamde gebeurtenishorizon - een grens waar je, als je eenmaal bent gevallen, nooit meer uitkomt. Sinds zwarte gaten voor het eerst werden gepostuleerd, hebben onderzoekers zich echter afgevraagd of een waarnemingshorizon strikt noodzakelijk is.
Kan er een zwart gat zijn zonder, zogenaamd "naakt" zwart gat? Dit kan gevaarlijk zijn omdat de bekende natuurwetten worden geschonden binnen de waarnemingshorizon van een zwart gat, en een naakt zwart gat kan deze barrière niet beschermen. Hoewel de meeste theoretici geloven dat naaktheid een no-go is voor zwarte gaten, zei een krant van november dat er een manier is om het zeker te testen. De kunst is om te zoeken naar verschillen in de accretieschijven of ringen van gas en stof gevormd door de voeding van het zwarte gat, wat kan wijzen op een zichtbaar verschil tussen naakte en normale zwarte gaten.
Kerstmis is dit jaar vroeg gekomen voor wetenschappers op het gebied van zwarte gaten. In oktober brachten de LIGO-observatiegemeenschap en haar Europese tegenhanger Virgo een grote nieuwe catalogus uit van: tientallen zwaartekrachtgolfsignalen, ontdekt in de periode van april tot september 2019.
De 39 gebeurtenissen omvatten een groot aantal intrigerende ontdekkingen, zoals een enorme samensmelting van zwarte gaten die resulteerde in een overblijfsel met de massa van 142 zonnen, een extreem eenzijdige gebeurtenis met massa's objecten groter dan de zon, en een mysterieus object dat verscheen een klein zwart gat of een grote neutronenster zijn. De onderzoekers waren enthousiast over de gegevens, waaruit bleek dat de objecten elke vijf dagen gemiddeld één nieuw signaal ontvangen, en zijn van plan dit te gebruiken om het gedrag en de frequentie van samensmeltingen van zwarte gaten beter te begrijpen.
Lees ook:
Laat een reactie achter