Wetenschappers hebben mogelijk het eerste bewijs van oorspronkelijke zwarte gaten ontdekt – overblijfselen uit de vroegste momenten van het universum – door de observatie van zwaartekrachtsgolven. De Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) en Virgo-samenwerking registreerden op 12 november een signaal dat niet overeenkomt met bekende astrofysische gebeurtenissen, wat mogelijk wijst op de samensmelting van objecten die te klein zijn om stellaire overblijfselen te zijn.
Het ongebruikelijke signaal: S251112cm
Sinds 2012 hebben LIGO en Virgo zwaartekrachtgolven van botsende zwarte gaten en neutronensterren bevestigd. De gebeurtenis genaamd S251112cm viel echter op: een van de samensmeltende objecten had een massa die te laag was om verklaard te kunnen worden door een standaard instorting van sterren. Zoals natuurkundige Djuna Croon van de Universiteit van Durham zei: “Als dit echt blijkt te zijn, dan is het enorm.” Dit zou de eerste directe waarneming zijn van een zwart gat dat niet uit een stervende ster is ontstaan, maar uit de extreme omstandigheden van het vroege heelal.
Primordiale zwarte gaten: een lang getheoretiseerd bestaan
Het concept van oorspronkelijke zwarte gaten (PBH’s) dateert al tientallen jaren. In tegenstelling tot stellaire zwarte gaten, die ontstaan uit instortende sterren, wordt aangenomen dat PBH’s zijn ontstaan door dichtheidsschommelingen in het ultrahete plasma van de oerknal. Hun potentiële massabereik is enorm – van fracties van een atoom tot 100.000 keer de massa van de zon.
Waarom is dit belangrijk? PBH’s zouden enkele van de grootste mysteries van het universum kunnen verklaren. Als ze bestaan, zouden ze een aanzienlijk deel van de donkere materie kunnen uitmaken, de onzichtbare substantie die 85% van de massa van het universum uitmaakt. Hun bestaan zou geen nieuwe natuurkunde vereisen die verder gaat dan ons huidige begrip, in tegenstelling tot veel andere kandidaten voor donkere materie.
Valse alarmen en onzekerheden
Het signaal kan echter vals alarm zijn. LIGO-Virgo detecteert valse signalen met een snelheid van ongeveer één keer per vier jaar. Dit is vooral problematisch voor zeldzame gebeurtenissen zoals S251112cm. Het alarm beperkte de locatie van de bron slechts tot een gebied dat 6000 maal zo breed is als de maan, wat vervolgonderzoek naar elektromagnetische waarnemingen bemoeilijkte.
Hawking-straling en verdamping
Zelfs als het echt is, zal de gedetecteerde PBH er misschien niet lang meer zijn. Stephen Hawking theoretiseerde dat zwarte gaten straling uitzenden, waardoor deze na verloop van tijd verdampen. Lichtere PBH’s zouden kort na de oerknal verdwenen zijn, terwijl zwaardere PBH’s vandaag de dag nog steeds langzaam aan het vergaan zijn.
De zoektocht gaat door
Voorlopig kunnen onderzoekers alleen het zwaartekrachtgolfsignaal zelf analyseren om hun begrip te verfijnen. Er zijn meer soortgelijke detecties nodig om het bestaan van PBH’s met vertrouwen te bevestigen, maar wetenschappers erkennen dat dergelijke gebeurtenissen uiterst zeldzaam kunnen zijn.
“Het lijkt onwaarschijnlijk dat we daadwerkelijk met zekerheid zullen weten of dit alarm echt was of niet”, concludeerde Croon.
Of het nu gaat om een echte ontdekking of om een statistische toevalstreffer, het S251112cm-signaal benadrukt het potentieel van zwaartekrachtgolfastronomie om de vroegste tijdperken van het universum te onderzoeken en de verborgen bestanddelen van donkere materie bloot te leggen.
