Recente waarnemingen van zwaartekrachtsgolven – rimpelingen in het weefsel van de ruimte-tijd – hebben een prikkelende aanwijzing opgeleverd dat een al lang bestaande kosmologische theorie eindelijk waar zou kunnen zijn. Onderzoekers denken dat ze bewijs hebben gevonden van “primordiale zwarte gaten**: kleine, eeuwenoude objecten die niet zijn ontstaan uit stervende sterren, maar uit de chaotische schommelingen van de oerknal zelf.
Indien bevestigd zouden deze ‘niet-astrofysische’ zwarte gaten een van de grootste puzzels in de moderne wetenschap kunnen oplossen: de identiteit van donkere materie.
Voorbij de dood van sterren
Om te begrijpen waarom deze ontdekking belangrijk is, moet je onderscheid maken tussen de zwarte gaten die we kennen en de zwarte gaten die hier worden voorgesteld.
- Zwarte gaten met een enorme massa: Deze worden gevormd wanneer massieve sterren aan het einde van hun leven instorten. Ze zijn doorgaans veel groter dan onze zon.
- Oorspronkelijke zwarte gaten (PBH’s): Deze werden gevormd in de onmiddellijke nasleep van de oerknal als gevolg van dichtheidsschommelingen in het vroege heelal. Omdat ze niet afhankelijk zijn van de evolutie van sterren, kunnen ze ongelooflijk klein zijn, variërend van de massa van een asteroïde tot die van een grote planeet.
Het signaal dat werd opgevangen door de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) betrof een botsing tussen twee zwarte gaten, waarvan er minstens één een massa kleiner had dan onze zon. Omdat de standaard stellaire evolutie geen zo klein zwart gat kan produceren, wijst het signaal in de richting van een oorspronkelijke oorsprong.
De verbinding met donkere materie
De detectie van deze kleine zwarte gaten is meer dan alleen een curiosum; het biedt een mogelijke oplossing voor het donkere materieprobleem.
Donkere materie is een onzichtbare substantie die ongeveer 85% van de materie in het universum uitmaakt. Hoewel we het niet kunnen zien – omdat het geen interactie heeft met licht of elektromagnetische straling – weten we dat het bestaat omdat de zwaartekracht ervan verhindert dat sterrenstelsels uit elkaar vliegen. Decennia lang hebben natuurkundigen gezocht naar een subatomair deeltje om donkere materie te verklaren, maar deze zoektochten zijn grotendeels mislukt.
‘De meest plausibele verklaring voor het LIGO-signaal, waarvoor geen enkele conventionele astrofysische verklaring bestaat, is de detectie van een primordiaal zwart gat’, zegt onderzoeker Alberto Magaraggia.
Primordiale zwarte gaten zijn ideale kandidaten voor donkere materie omdat ze massa bezitten en zwaartekracht uitoefenen, maar toch feitelijk onzichtbaar blijven achter hun waarnemingshorizon.
In afwachting van het “Smoking Gun”
Ondanks de opwinding blijft de wetenschappelijke gemeenschap voorzichtig. Er is een mogelijkheid dat het LIGO-signaal slechts “ruis” was: interferentie binnen de massieve laserarmen van de detector.
Onderzoekers Nico Cappelluti en Alberto Magaraggia van de Universiteit van Miami proberen te bewijzen dat deze signalen legitiem zijn. Hun modellen suggereren dat, hoewel deze subsolaire zwarte gaten zeldzaam zouden moeten zijn, ze frequent genoeg voorkomen om door de huidige en toekomstige technologie te worden gedetecteerd.
Het pad naar bevestiging vereist meer dan één signaal. Om van een ‘prikkelende hint’ naar een wetenschappelijk feit te komen, hebben astronomen een ‘rokend pistool’ nodig: een reeks consistente detecties die overeenkomen met de voorspelde patronen van oorspronkelijke zwarte gaten.
Het lange spel van ontdekking
De geschiedenis van de natuurkunde suggereert dat geduld vereist is. Albert Einstein voorspelde zwaartekrachtsgolven in 1915, maar het kostte een eeuw van technologische vooruitgang om ze in 2015 daadwerkelijk te detecteren.
Met komende upgrades van de LIGO-, Virgo- en KAGRA-netwerken, en de toekomstige inzet van de in de ruimte gestationeerde LISA (Laser Interferometer Space Antenna), worden eindelijk de instrumenten gebouwd om deze oude kosmische relikwieën te bevestigen.
Conclusie: Hoewel de detectie van een zwart gat onder het zonnestelsel onbevestigd blijft, biedt het een cruciale aanknopingspunt in de zoektocht naar oorspronkelijke zwarte gaten, waarmee mogelijk de kloof tussen de oerknal en het mysterie van donkere materie kan worden overbrugd.
