Ongekend duidelijk beeld van twee samensmeltende zwarte gaten bevestigt Stephen Hawkings theorie

Tien jaar nadat wetenschappers voor het eerst zwaartekrachtgolven detecteerden die afkomstig waren van twee botsende zwarte gaten, heeft de LIGO-Virgo-KAGRA-samenwerking een signaal geregistreerd van een vrijwel identieke botsing. Dankzij verbeteringen in de detectietechnologie konden de onderzoekers de zwarte gaten bijna vier keer zo duidelijk zien als tien jaar geleden en twee belangrijke voorspellingen bevestigen: dat samensmeltende zwarte gaten alleen maar groter worden of stabiel blijven in omvang – zoals de Britse natuurkundige Stephen Hawking voorspelde – en dat ze, wanneer ze worden verstoord, galmen als een klok, zoals voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein.

In 1971 voorspelde Stephen Hawking dat de waarnemingshorizon van een zwart gat – de grens waarbuiten niets, dus zelfs licht niet, kan ontsnappen – nooit in omvang zou kunnen afnemen. De nieuwe resultaten bevestigen dit eerdere resultaat met een veel hogere nauwkeurigheid en leveren verder bewijs dat het oppervlak van een samengesmolten zwart gat nooit kleiner is dan de som van de twee oorspronkelijke zwarte gaten die het hebben gevormd.

Toonhoogte

De onderzoekers konden ook de zwaartekrachtgolven analyseren die door de twee zwarte gaten werden uitgezonden nadat ze waren samengesmolten. Door de ‘toonhoogte’ en duur van de golven te meten, kwamen ze meer te weten over de structuur en eigenschappen van het samengesmolten zwarte gat. Dit proces werkt op vrijwel dezelfde manier als wanneer je de toonhoogte van een geluid dat door een hol instrument wordt geproduceerd, analyseert om zo meer te weten te komen over de grootte en vorm van zowel het instrument als het voorwerp dat erop heeft geslagen.

De onderzoekers hebben de bevestiging gevonden dat het samengesmolten zwarte gat overeenkwam met een zogeheten ‘Kerr-zwart gat’. De Nieuw-Zeelandse wiskundige Roy Kerr loste in de jaren zestig Einsteins ruimte-tijdvergelijkingen op en stelde een gedetailleerde wiskundige oplossing voor van wat de exacte zwaartekracht, ruimte en tijd van een zwart gat zouden moeten zijn.

Natuurkundigen denken dat alle zwarte gaten moeten voldoen aan de oplossing van Kerr, maar dit laat zich erg moeilijk verifiëren. Door de trillingen van het uiteindelijke zwarte gat in het recent gedetecteerde uitzonderlijk heldere signaal te bestuderen, hebben de wetenschappers het meest directe bewijs tot nu toe verkregen dat zwarte gaten zich inderdaad gedragen zoals Kerr heeft voorspeld.