De manier waarop sterrenstelsels groeien, kan worden verklaard als je aanneemt dat de superzware zwarte gaten in het midden van de stelsels donkere energie bevatten. Is dat waar deze mysterieuze vorm van energie zich al die tijd heeft schuilgehouden?
Superzware zwarte gaten kunnen de bron zijn van donkere energie, en daarmee van de versnelde uitdijing van het heelal. Dat blijkt uit waarnemingen van oude sterrenstelsels die zwarte gaten in hun centrum hebben.
Eigenlijk zou het heelal door de zwaartekracht moeten krimpen. Een mysterieuze kracht, die natuurkundigen donkere energie hebben genoemd, werkt dit krimpen tegen. Daardoor dijt het heelal juist steeds sneller uit. Natuurkundigen weten niet wat deze donkere energie is, of waar die vandaan komt.
Heino Falcke fotografeerde als eerste een zwart gat: ‘Nog mooier dan ik al die tijd had verwacht’
Heino Falcke, hoogleraar radioastronomie, maakte in 2019 de eerste foto van een zwart gat. Op dit moment doet hij onderzoek n ...
Nu opperen onderzoekers dat zwarte gaten de bron van donkere energie zijn. Er is nog geen bewijs dat dit idee bevestigt.
Zware oudjes
Astrofysicus Chris Pearson van het Rutherford Appleton Laboratory in het Verenigd Koninkrijk en zijn collega’s vergeleken twee groepen sterrenstelsels. In beide groepen hebben de stelsels een zwart gat in hun centrum. De eerste groep bestaat uit jonge sterrenstelsels, de tweede uit oude stelsels die niet meer groeien. De onderzoekers berekenden dat de zwarte gaten in de stelsels gedurende hun leven zeven tot twintig keer zo groot worden.
Zwarte gaten groeien enerzijds doordat ze sterren opslurpen, en anderzijds doordat ze samensmelten met andere zwarte gaten. Die twee oorzaken alleen zijn echter niet afdoende om hun extreme groei te verklaren. Pearson en zijn team stelden daarom voor dat de groei te verklaren is doordat deze verband houdt met de versnelde uitdijing van het heelal.
‘Als we dat meenemen in onze modellen, kunnen we de waarnemingen verklaren’, zegt Pearson. ‘We kunnen de massagroei modelleren door, naast de gewone processen voor de groei van zwarte gaten, toe te voegen dat ze donkere energie bevatten, en dat te koppelen aan de uitdijing van het heelal.’ Ze publiceerden hun werk in het vakblad The Astrophysical Journal.
Interpretatie van Einstein
Het model dat de onderzoekers gebruiken, is gebaseerd op een alternatieve interpretatie van Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie. Die stelt dat zwarte gaten vacuümenergie bevatten. Dat is een soort energie die overal in het universum bestaat doordat er constant deeltjes uit het niets verschijnen en weer verdwijnen.
‘Toen we de sommen deden, ontdekten we dat deze zwarte gaten de hele donkere-energie-behoefte die nodig is om het universum in evenwicht te houden kunnen verklaren’, zegt Pearson.
Hart van het gat
Als zwarte gaten echt de bron zijn van donkere energie en de uitdijing van het heelal, kan dat ook een ander kosmisch raadsel oplossen, namelijk wat er gebeurt in het hart van een zwart gat. Daar zouden zogenaamde singulariteiten schuilgaan, waar de natuurwetten op stuklopen.
Als zwarte gaten donkere energie herbergen, zouden ze geen singulariteit hoeven te bevatten. Maar er zijn geen gemakkelijke manieren om dit te testen.
Observaties
Het geobserveerde verschil tussen de oude en jonge sterrenstelsels onderschrijft hun theorie wel, stelt Pearson. ‘Tot nu toe waren het echt slechts theorieën. Nu heb je observationeel bewijs dat het idee van zwarte gaten met donkere energie erin ondersteunt.’
De onderzoekers berekenden hoeveel donkere energie zwarte gaten zouden produceren op de schaal van het gehele universum. Dat deden ze door hun steekproef van groeiende sterrenstelsels te extrapoleren. Daarvoor baseerden ze zich op schattingen van hoe snel sterren blijven vormen in de stelsels. Zij concludeerden dat de portie donkere energie in zwarte gaten de gehele versnelde uitdijing van het heelal kan verklaren.
Maar als de schattingen van hoe snel sterren vormen niet kloppen, zitten de onderzoekers ernaast. Bovendien schatten zij de groeisnelheid van zwarte gaten door zeer verre, jonge sterrenstelsels te vergelijken met nabije, oude sterrenstelsels, maar het is mogelijk dat deze twee soorten niet een-op-een laten zien hoe sterrenstelsels groeien.
Bewijsmateriaal
Door meer waarnemingen van sterrenstelsels te doen, kan de theorie overtuigender worden, zegt Pearson. Ook kunnen astronomen kijken naar de kosmische achtergrondstraling: straling die kort na de oerknal ontstond. Als het idee klopt, zouden zwarte gaten de kosmische achtergrondstraling beïnvloeden op een manier die duidelijk te zien moet zijn.
Meer bewijs zou ook kunnen komen van metingen van samensmeltende zwarte gaten. De snelheid waarmee dat samensmelten gebeurt, zou namelijk worden beïnvloed door de donkere energie in hun kern.
Astrofysicus Andy Taylor van de Universiteit van Edinburgh noemt de theorie ‘een solide en redelijke verklaring voor de waarnemingen’. Hij geeft wel aan dat de interpretatie van Einsteins relativiteitstheorie die de onderzoekers gebruikten, niet uitgebreid bestudeerd is. ‘Het is een leuke discussie, maar we moeten voorzichtig zijn. Dit is niet gebaseerd op gevestigde theorieën, maar op speculatieve modellen.’
Er moeten meer waarnemingen worden gedaan voordat we kunnen zeggen dat zwarte gaten inderdaad de bron van donkere energie zijn, concludeert hij.
