We zagen een waterval van materie in een zwart gat storten
Buradaki / Alamy Stock Foto
Voor het eerst is een vreemd gebied rond zwarte gaten waargenomen dat het ‘duikgebied’ wordt genoemd. Dit gebied, waar materie niet langer rond het zwarte gat draait en in plaats daarvan recht naar binnen valt, werd voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, maar was nog nooit eerder waargenomen. Het bestuderen van de invallende regio’s zou ons kunnen leren over hoe zwarte gaten ontstaan en evolueren, en zou ook nieuwe informatie kunnen onthullen over de fundamentele aard van de ruimtetijd.
Wanneer materie een zwart gat nadert, scheurt deze uit elkaar en vormt een cirkelvormige ring om zichzelf heen, een zogenaamde accretieschijf. De algemene relativiteitstheorie voorspelt dat er een binnengrens van de accretieschijf zou moeten zijn waarbuiten niets rond het zwarte gat kan draaien – in plaats daarvan zou het er recht in moeten duiken en snel versnellen tot bijna de snelheid van het licht als het valt.
‘Het is alsof een rivier in een waterval verandert, en tot nu toe hebben we alleen maar naar een rivier gekeken’, zegt Andrew Mamery van de Universiteit van Oxford. “Als Einstein ongelijk had, zou het helemaal stabiel zijn – er zou alleen maar een rivier zijn.” We zien nu onze eerste glimp van de waterval, wat erop wijst dat Einstein gelijk had.
Mummery en zijn collega’s hebben bewijs gevonden van een duikgebied rond een zwart gat in een binair systeem genaamd MAXI J1820+070, dat zich ongeveer 10.000 lichtjaar van de aarde bevindt. Ze gebruikten gegevens van de Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), een in de ruimte gestationeerde röntgentelescoop, om modellen te bouwen van het licht van de accretieschijf van het zwarte gat.
Ze ontdekten dat de modellen alleen bij de gegevens pasten als ze naast het licht van de accretieschijf ook licht bevatten dat wordt uitgezonden door materie in het zinkende gebied. ‘Vroeger dachten we dat alles wat deze limiet overschreed geen tijd zou hebben om echt significant uit te stralen voordat het in het zwarte gat stortte’, zodat onderzoekers niets zouden zien, zegt Greg Salvesen van het Los Alamos National Laboratory in New Mexico. was niet betrokken bij deze onderneming. “Maar het blijkt dat deze duik je extra licht geeft dat je niet zou verwachten.”
Dit extra licht zou een al lang bestaand probleem in de röntgenastronomie kunnen oplossen, waarbij zwarte gaten sneller lijken te draaien dan de theorie voorspelt. De draaiing van een zwart gat en de helderheid van het gebied eromheen zijn met elkaar verbonden, dus het toevoegen van extra licht zou de draaiing weer in lijn kunnen brengen met de voorspellingen. ‘De spins van zwarte gaten vertellen ons van alles, dus als we dat beter zouden kunnen meten, zouden we veel vragen in de astrofysica kunnen beantwoorden’, zegt Salvesen.
Deze omvatten vragen over de aard van de zwaartekracht en de ruimte-tijd zelf, aangezien kelderende gebieden enkele van de meest extreme gebieden in de ruimte zijn die we kunnen waarnemen. Het duikgebied ligt net voorbij de waarnemingshorizon, waarbuiten de zwaartekrachten zo sterk zijn dat geen enkele materie of zelfs licht kan ontsnappen.
“Technisch gezien zou de materie, als ze een raket had, uit het instortende gebied kunnen ontsnappen, maar ze is gedoemd te mislukken: haar baan is instabiel geworden en versnelt snel richting de snelheid van het licht”, zegt Mummery. “Dit ding heeft ongeveer evenveel kans om terug te komen als water dat langs de rand van een waterval stroomt.” Onderzoekers proberen nu meer waarnemingen te doen van deze vreemde kosmische watervallen om licht te werpen op de omstandigheden in deze buitengewone gebieden.
Onderwerpen: