Een nieuwe analyse van de eerste set zwaartekrachtsgolven die de detector LIGO oppikte, ondersteunt de aanname dat zwarte gaten maar een handvol eigenschappen hebben.

Een zwart gat heeft geen haar, zo nemen natuurkundigen al decennia aan. Wat ze daarmee bedoelen: een zwart gat wordt getypeerd door slechts drie eigenschappen, namelijk zijn massa, zijn draaiing en zijn elektrische lading. Twee zwarte gaten die hetzelfde wegen, even snel in het rond bewegen en dezelfde lading hebben, zijn dus identiek. Het maakt niet uit hoe ze zijn ontstaan of wat ze in de loop der tijd naar binnen hebben getrokken.

Natuurkundigen Matthew Giesler en Maximiliano Isi zijn er nu samen met anderen in geslaagd die stelling te testen. Daarvoor keken ze naar de eerste set zwaartekrachtsgolven die het Amerikaanse experiment LIGO mat, in september 2015. Deze rimpelingen in de ruimtetijd werden veroorzaakt door twee zwarte gaten, elk ongeveer dertig keer zo zwaar als de zon, die in een spiraal naar elkaar toe bewogen en vervolgens samensmolten tot een enkel zwart gat.

Verrassingen uit het vriesvak
LEES OOK
Verrassingen uit het vriesvak

Om de geen-haar-stelling te kunnen testen, moet je in de set zwaartekrachtsgolven (minstens) twee verschillende ‘tonen’ kunnen identificeren , beide veroorzaakt door het nieuwe gat, legt Isi uit. ‘Als de stelling opgaat, zouden de eigenschappen zowel de eerste als de tweede toon volledig moeten bepalen.’

Direct na de piek

In principe is het dan handig om te kijken naar de zwaartekrachtsgolven die werden uitgezonden direct na de piek: het moment waarop de golven het sterkst waren. Andere onderzoekers hadden die golven eerder echter terzijde geschoven, omdat ze meenden dat de twee samensmeltende gaten dit deel van het signaal nog domineerden. De golven van het nieuwe zwarte gat zouden pas een tijdje ná de piek de overhand krijgen, meenden ze. Maar tegen die tijd zou nog maar één toon, de grondtoon, sterk genoeg zijn om hem waar te kunnen nemen.

Onlangs lieten Giesler en anderen echter zien dat er direct na de piek wel degelijk meerdere tonen zijn te isoleren: een grondtoon en een boventoon. Uit die tonen kun je vervolgens bepalen welke massa het gat heeft en hoe snel het om zijn as tolt. (Zwarte gaten die we tot nu toe in de natuur hebben aangetroffen, hebben geen elektrische lading, dus die eigenschap kan buiten beschouwing blijven.) ‘Vergelijk het met een kerkklok’, zegt Isi. ‘Het is alsof je uit de hoogte en de duur van het geluid dat zo’n klok maakt zijn vorm en afmetingen probeert af te leiden.’

Klopt de geen-haar-stelling, dan zouden de grondtoon en de boventoon afzonderlijk dezelfde massa en draaiing op moeten leveren. En uit het onderzoek blijkt, zo vertelt Isi, dat de boventoon daar in elk geval niet meer dan 20 procent van kan afwijken.

Roet in het eten

Daarmee is uiteraard allerminst ‘bewezen’ dat de geen-haar-stelling klopt. Waar het in dit stadium vooral om gaat, is dat het tegen de verwachtingen in is gelukt om de test uit te voeren, op waarnemingen die LIGO in 2015 al kon doen. Naarmate de metingen van zwaartekrachtsgolven preciezer worden, zullen wetenschappers de geen-haar-stelling steeds beter kunnen testen. Dan zou het zomaar kunnen dat hij op een gegeven moment níét meer opgaat – en dat dus onder de extreme omstandigheden rond samensmeltende zwarte gaten de relativiteitstheorie tegen zijn grenzen aan loopt.

LEESTIP. Govert Schilling schreef over het meten van zwaartekrachtsgolven. Te koop in onze webshop