Sterrenkundigen vermoeden al lang dat wanneer zwarte gaten fuseren het resulterende grotere zwarte gat soms een flinke snelheidsboost krijgt. Nu hebben ze dit proces daadwerkelijk zien gebeuren.
Astrofysicus Vijay Varma van het Max-Planck-Instituut voor Zwaartekrachtsfysica in Duitsland en zijn collega’s ontdekten zo’n razendsnel zwart gat. Ze troffen hem aan in bestaande gegevens van twee detectoren, LIGO in de Verenigde Staten en Virgo in Italië. Deze observatoria meten zwaartekrachtsgolven, rimpelingen in de ruimtetijd veroorzaakt door de bewegingen van immens zware objecten.
Het signaal dat Varma en zijn collega’s onderzochten heet GW200129. Het was afkomstig van twee zwarte gaten die steeds dichter om elkaar heen draaiden en uiteindelijk op elkaar zijn geknald. Dit leverde een enkel, groter zwart gat op. Ze ontdekten dat de zwarte gaten voor de fusie om hun as draaiden. Hun draaiassen verschilden onderling en vielen ook niet samen met de draaias die door het punt liep waaromheen ze gezamenlijk bewogen.
De geschiedenis van de wiskunde is diverser dan je denkt
Wiskunde is niet alleen afkomstig van de oude Grieken. Veel van onze kennis komt van elders, waaronder het oude China, India en het Arabisch Schiereil ...
Terugslag
Deze eigenschappen stellen onderzoekers in staat te speculeren over waar de zwarte gaten gevormd zouden kunnen zijn. ‘Geïsoleerde systemen zorgen normaliter voor draaiingen in vergelijkbare richtingen’, zegt natuur- en sterrenkundige Leo Stein van de Universiteit van Mississippi, die niet bij het onderzoek betrokken was. ‘Als je de draaiingen andere richtingen op ziet gaan, dan kan dat betekenen dat het dubbelsysteem in een wat drukkere omgeving is ontstaan, zoals een bolvormige sterrenhoop.’ Dat is een verzameling oude sterren met een hoge dichtheid.
De richtingswillekeur heeft ook effect op het lot van het resulterende zwarte gat. Wanneer zulke zwarte gaten fuseren, moet de hoeveelheid beweging die in de verschillende draaiingen zit érgens heen. Een deel belandt in de zwaartekrachtsgolven die worden uitgezonden. Met het andere deel wordt het zwarte gat zelf opgezadeld.
De fusie kun je vergelijken met het afvuren van een kanon, zegt astrofysicus Davide Gerosa van de Universiteit van Milaan-Bicocca in Italië. ‘Vliegt de kanonskogel weg, dan krijgt het kanon een terugslag te verduren in de tegenovergestelde richting’, zegt hij. ‘Wanneer het zwarte gat zwaartekrachtsgolven uitzendt, dan hebben die een impuls in een bepaalde richting. De zwaartekrachtsgolven zijn de kanonskogel en het zwarte gat is het kanon.’
Opeenvolgende fusies
Onderzoekers hadden al uitgerekend dat de terugslag zwarte gaten een snelheid van honderden kilometers per seconde zou kunnen geven. Daar is nu voor het eerst observationeel bewijs voor. Varma en zijn collega’s berekenden dat de snelheid van het gevormde zwarte gat minimaal 700 kilometer per seconde was, maar waarschijnlijk eerder rond de 1500 kilometer per seconde. Dat kan snel genoeg zijn om het uit zijn sterrenstelsel te katapulteren.
Bewijs voor een terugslag na een zwartegatenfusie is belangrijk, omdat het katapulteren van het zwarte gat uit een drukke omgeving betekent dat het daar niet nog meer fusies kan ondergaan. Dat maakt het moeilijker om een verklaring te vinden voor een aantal van de door LIGO gespotte enorme zwarte gaten, waarvan je zou verwachten dat die zijn gevormd door een aantal opeenvolgende fusies.
Bovendien betekent dit dat de kosmos vol zwarte gaten zit die met extreme snelheden rondsjezen. Maar daar hoeven we ons niet druk om te maken. ‘De ruimte is zo buitengewoon uitgestrekt dat er praktisch geen enkele kans is dat we er eentje zullen tegenkomen’, zegt Varma. ‘Degene die we nu hebben bestudeerd ligt op miljarden lichtjaren afstand. Zelfs als die recht op ons afkwam, wat die niet doet, dan zouden we er voorlopig geen last van hebben.’
