Maandag 13/07/2020
Botsing tussen een zwart gat (links) en... ja, wat eigenlijk? In deze computertekening de twee aannemelijkste opties: een neutronenster (boven de streep) en een klein zwart gat (onder de streep).

Ruimtevaart

Astronomen zien hoe een zwart gat botst met iets ‘onmogelijks’

Botsing tussen een zwart gat (links) en... ja, wat eigenlijk? In deze computertekening de twee aannemelijkste opties: een neutronenster (boven de streep) en een klein zwart gat (onder de streep).Beeld R. HURT/MIT/CALTECH/LIGO (IPAC)

Wetenschappers hebben de botsing gezien tussen een zwart gat en een voorwerp dat eigenlijk niet kan bestaan. De vondst werd gedaan met zwaartekrachtgolven, het trillen en deinen van ruimte en tijd.  

Was het een neutronenster, een stevig samengepakt sterrenlijk waarvan een theelepeltje grofweg zoveel weegt als de Mount Everest? Of misschien zijn nog zwaardere neefje, een zwart gat?

Wát er precies botste is nog altijd een raadsel, maar dát er iets botste weten fysici en astronomen inmiddels wel zeker. Zwaartekrachtgolfdetectoren Ligo in de Verenigde Staten en Virgo in Italië zagen op 14 augustus vorig jaar hoe ruimte en tijd natrilden door de botsing tussen een zwart gat en een onbekend, kleiner ‘iets’, zo schrijven ze in het huidige nummer van het vakblad The Astrophysical Journal Letters.

Wat dat ‘iets’ precies is, weet niemand. Zeker is dat het grofweg tweeënhalf keer zo zwaar moet zijn als de zon: officieel te zwaar om een neutronenster te zijn, maar te licht voor een traditioneel zwart gat. “Toch zal het uiteindelijk wel één van die twee zijn”, zegt astronoom en co-auteur Samaya Nissanke (Universiteit van Amsterdam). Het zou echter ook om een volkomen onbekend, exotisch voorwerp kunnen gaan. Theoretische opties zijn er in de vakliteratuur genoeg: van sterren gemaakt van mysterieuze, donkere materie tot letterlijk doorzichtige ‘bosonensterren’, die je met het blote oog niet kunt zien.

Drilpudding

Tot zo'n vijf jaar terug konden astronomen de kosmos alleen bestuderen met traditionele telescopen die kijken in licht, radiosignalen of bijvoorbeeld microgolfstraling. Dat klinkt heel divers, maar onder de natuurkundige motorkap is al die straling hetzelfde: elektromagnetische golven die iets sneller of juist iets langzamer trillen. Dat we van al die straling maar een klein deel met onze ogen kunnen zien, is niets meer dan evolutionair toeval.

Toen de Ligo-detector in 2015 zwaartekrachtgolven mat, zagen astronomen het heelal daarmee voor het eerst in iets anders dan elektromagnetische straling. Plotsklaps hadden ze de beschikking over een tweede astronomisch zintuig. 

Technisch was de meting bovendien een huzarenstukje. Het signaal dat de fysici uit de achtergrondruis van het experiment plukten was zo subtiel dat je het kunt vergelijken met het meten van de stijging van het wateroppervlak in het IJsselmeer, wanneer je daar een enkel waterdruppeltje extra in laat vallen.

Luchtige neutronensterren

Het voorlopig hoogtepunt van die nieuwe zwaartekrachtgolfastronomie volgde in 2017. Toen zagen de detectoren hoe twee neutronensterren op elkaar klapten - een primeur. Bovendien zagen sterrenkundigen de effecten van die botsing niet alleen in zwaartekrachtgolven, maar wisten ze het licht van die gebeurtenis ook te vangen met traditionele telescopen. “Door die combinatie kun je echt iets nieuws ontdekken”, zegt Nissanke.

Dat beaamt ook sterrenkundige Geert Raaijmakers (Universiteit van Amsterdam), eveneens co-auteur van het nieuwe artikel. “2017 zorgde ervoor dat we veel beter leerden hoe neutronensterren in elkaar zitten”, zegt hij. Dat is nodig, want fysici hebben over die sterren nog veel vragen. 

Een daarvan is hoe ‘luchtig’ neutronensterren zijn. Dat wil zeggen: hoe ver je eentje kunt indrukken voordat deze inklapt tot een zwart gat. Een deel van het antwoord schuilt mogelijk onder het oppervlak van de nu gemeten botsing. “Uit de gegevens van 2017 hebben we afgeleid dat neutronensterren maximaal zo’n 2,4 zonsmassa’s mogen hebben”, zegt Raaijmakers. Is de ster zwaarder, dan geeft zijn eigen zwaartekracht hem het laatste zetje tot een zwart gat. Het gevonden voorwerp is echter zwaarder. Is het desondanks een neutronenster, dan zitten dat soort sterren dus iets anders in elkaar dan gedacht. 

Stervende sterren

Ook de tweede optie, een relatief licht zwart gat, is bijzonder. Op de traditionele manier - door het sterven van een zware ster - kun je zwarte gaten maken die minimaal vijf zonsmassa's wegen. Een lichter gat moet daarom op een andere manier ontstaan. “Daarvoor is een breed scala aan opties denkbaar”, zegt Nissanke. Bijvoorbeeld: twee neutronensterren die samensmelten tot een zwart gat.

De hoop was dat ook ditmaal gewone telescopen de botsing zouden zien en extra inzicht konden leveren. “Over de hele wereld hebben tientallen telescopen gezocht”, zegt Nissanke. Maar zonder succes.

Achteraf is dat ook niet zo verrassend, zegt Raaijmakers. Als het ‘onmogelijke’ voorwerp inderdaad een zwart gat is, verwacht je bij botsing geen lichtsignaal. En zelfs als het wél een neutronenster was, was een signaal in dit geval onwaarschijnlijk. “Het zwarte gat is negenmaal zwaarder dan het lichtere voorwerp”, zegt hij. “Die slokt dat ding in één keer naar binnen”, als Pac-Man die een stipje verzwelgt.

Volgens Raaijmakers was de kans op een meting met gewone telescopen zelfs zó klein dat astronomen achteraf misschien iets minder tijd hadden willen besteden aan het zoeken. “Het had achteraf wel wat minder gekund.”

Duizenden metingen

Snel bepalen hoeveel moeite je wilt steken in iets dat hooguit een paar dagen tot weken zichtbaar is aan de hemel, kan alleen wanneer Ligo en Virgo tijdig gedetailleerde informatie over het signaal aan astronomen geven. Dat gaat al sneller dan voorheen, maar kan nog beter, benadrukt Nissanke. “Het is vooral afhankelijk van de technische hulpmiddelen die we nu ontwikkelen voor snelle en nauwkeurige analyse van de gegevens.”

In de toekomst gaan de detectoren naar verwachting zóveel signalen meten, dat je niet zomaar overal meer een gewone telescoop op kunt richten. Op dit moment zien de detectoren grofweg wekelijks een signaal, maar na een geplande upgrade ontvangt men bij de volgende meetreeks - rond 2022 - meerdere signalen per dag, zegt Jo van den Brand, onder meer verbonden aan natuurkunde-instituut Nikhef en de Ligo/Virgo-collaboratie. En dan komt daar in de toekomst ook nog de Einstein Telescope bij, de volgende generatie zwaartekrachtgolfdetector met Limburg als mogelijke locatie. “Daarmee doen we straks duizenden metingen per dag.”

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234