18 december 2018

Wordt donkere materie soms gevormd door… witte gaten?

Omdat het maar niet lukt donkere materie – de mysterieuze substantie die 80% van alle materie in het heelal vormt – op een directe manier te detecteren komen natuurkundigen de laatste tijd vaak met andere verklaringen. Zo kwamen onlangs Carlo Rovelli, bedenker van de zogeheten Loop Kwantum Gravitatie, en Fransesca Vidotto met de theorie dat donkere materie gevormd wordt door… witte gaten. Witte gaten? Yep, witte gaten, de hypothetische tegenhangers van zwarte gaten. Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie uit 1915 vormt de basis voor het bestaan van niet alleen zwarte gaten, maar ook van witte gaten. Zwarte gaten krijg je als de massa van een object gepropt wordt in een volume met de straal die de waarnemingshorizon wordt genoemd, 3 km bij de massa van de zon, 9 mm bij de aarde. Niets kan uit de ruimte binnen de waarnemingshorizon ontsnappen, want de ontsnappingssnelheid is hoger dan c, de lichtsnelheid. Bij witte gaten is ‘t precies andersom: niets kan de waarnemingshorizon binnenkomen, er kunnen alleen dingen uit tevoorschijn komen.

Het verschil tussen zwarte en witte gaten.

In 2014 had Rovelli al samen met anderen gesuggereerd dat zwarte en witte gaten verbonden zijn aan elkaar: telkens als een zwart gat ‘sterft’, bijvoorbeeld aan het eindstadium van de verdamping door het uitzenden van Hawkingstraling, ontstaat een wit gat. En nu vier jaar later komt Rovelli samen met z’n collega Vidotto in dit vakartikel met de theorie dat witte gaten wellicht (een deel van) de donkere materie vormen. Ze gaan uit van microscopisch kleine witte gaten, die ondanks hun kleine afmetingen nog erg zwaar kunnen zijn (een zwart of wit gat ter grootte van een zandkorrel kunnen net zoveel massa als de maan bevatten). Sterrenkundigen schatten de hoeveelheid donkere materie in ons deel van de Melkweg op 1% zonsmassa aan donkere materie per kubieke parsec (1 pc=3,26 lichtjaar). Om aan die hoeveelheid te komen is het volgens de berekeningen van Rovelli en Vidotto nodig dat er één wit gat kleiner dan een proton met een massa minder dan een miljoenste gram per 10.000 kubieke km is. Bron: Space.com.

Reacties

  1. Diepe, diepe zucht:

    “Zwarte gaten krijg je als de massa van een object gepropt wordt in een volume met de straal die de waarnemingshorizon wordt genoemd, 3 km bij de massa van de zon, 9 mm bij de aarde. Niets kan uit de ruimte binnen de waarnemingshorizon ontsnappen, want de ontsnappingssnelheid is hoger dan c, de lichtsnelheid. Bij witte gaten is ’t precies andersom: niets kan de waarnemingshorizon binnenkomen, er kunnen alleen dingen uit tevoorschijn komen.”

    Dus bij witte gaten haal je een zonnemassa úit een object met een radius van 3 km?

    Hawkingstraling is nog steeds niet waargenomen. Bovendien; al zou deze daadwerkelijk bestaan, de verdamping verloopt tergend langzaam, terwijl we volgens de deskundologen, nu al met een behoorlijke hoeveelheid DM zitten. Die Hawking straling moet dus als een kosmische vuurtoren zijn. Er is alleen nog niets gemeten. Zitten we nog met het probleem dat Hawking straling uit fotonen bestaat. Wat weer problemen geeft met het bijkans magische gedrag van Wimps, Machos, en vooruit Dunnos.

    Ik heb het vermoeden dat donkere materie ontstaat in Oud-roze gaten.

    • “Dus bij witte gaten haal je een zonnemassa úit een object met een radius van 3 km?”

      Maar in de vorm van energie. De materie waaruit het zwart gat was geboren is geheel omgezet in energie, in de vorm van extreem gebogen ruimte-tijd. Witte gaten, als die al bestaan, spugen dus geen materie uit. De vrijgekomen energie is misschien waar te nemen in de vorm van zwaartekrachtsgolven?

  2. Tijdens een masterclass 1,5 jaar geleden had Rovelli het ook over zijn LQG en witte gaten. Volgens hem zouden de oudste en kleine zwarte gaten nu na 10+ miljard jaar aan het einde van hun leven kunnen komen. Ze verdwijnen dan niet maar veranderen in een wit gat. Van geboorte tot dood (ofwel wit gat worden) duurt slechts een fractie van een seconde. Voor ons als waarnemer op afstand duurt dat process 10+ miljard jaar als gevolg van Einstein’s time dilation. De tijd staat stil in een zwart gat. Sommigen zeggen dat tijd en ruimte, het gedrag ervan, van plaats verwisselen in een zwart gat. Hij sprak de hoop uit dat er een connectie is met “Fast Radio Bursts” en dat daarmee e.e.a. aannemelijker gemaakt kan worden. Ik kan me niet herinneren of hij toen al verband legde tussen witte gaten en DM, dacht het niet.

    Bij belangstelling wil ik de vids wel even downloaden en op Youtube zetten. Het zijn er vier van ongeveer 45 minuten in totaal, en niet moeilijk…verhaalstijl, geen formules. O.v. dat het geen copyright video’s zijn, meestal vallen ze onder Creative Commons-licentie

  3. KJ:

    Het komt inderdaad in de buurt. De Black Hole Analogue is een Bose-Einstein condensaat. Nogal een verschil met een zwart gat.

    Dat er neutrinos ontstaan bij Hawking straling bevreemd me nogal. Neutrinos zijn geen dragers van elektromagnetisme.

  4. Wouter zegt:

    Boeiend, en K.J. die video’s lijken mij in ieder geval interessant.
    Straalt een wit gat ook Hawking straling uit en wordt het tzt dan weer een zwart gat?

    Om dat getal van 1% van een zonsmassa per kubieke parsec naar min of meer menselijke dimensies te vertalen heb ik even zitten rekenen. Het komt neer op een massa van 0.4 waterstofatomen per liter als ik geen rekenfouten heb gemaakt. Best weinig eigenlijk, als dit het overgrote deel van de massa in de melkweg is.

    Mies, volgens mij is er geen reden waarom hawking straling alleen uit deeltjes zou moeten bestaan die de elektromagnetische kracht voelen of overbrengen.

    • Ik heb geen idee omdat ik eigenlijk (nog) niet geloof in witte gaten. Maar een wit gat zou alles uitspugen met de snelheid van het licht. Volgens Kip Thorne bevat een zwart gat geen materie, ook niet samengeperst tot een punt, of signularity. Materie zou volledig worden afgebroken en omgezet in energie in de vorm van extreem gebogen ruimtetijd, zichzelf in stand houdende. Als dat klopt bestaat een zwart gat dus puur uit gebogen of gekromde ruimtetijd, verder niet. Dan zou een wit gat dat ook uit moeten spugen en dan denk ik aan zwaartekrachtsgolven, tenzij het witte gat weer materie maakt van die energie (het tegenovergestelde van een zwart gat). Maar nogmaals, ik klets nu ook maar wat naar eigen mening.

      Bij GR-calculaties over een zwart gat komt men uiteindelijk vlak bij diens centrum, en daarna komen er alleen nog maar “oneindigheden” uit de formules. Dit omdat GR niet werkt op zo’n kleine schaal, zeg maar op quantum niveau. En dus gaven ze dat de naam “signularity” wat niet anders wil zeggen als een vastloper met de formules. En aangezien er nog geen quantum theorie voor zwaartekracht is help dat ook niet om echt bij de kern te komen van een zwart gat.

      Ik geloof zo dat je berekening klopt. Eigenlijk best te bevatten….de dichtsbijzijnde buurster staat op 4,2 lichtjaar. Als we ons Zonnestelsel uit elkaar peuteren tot atomen en verdelen over de “lege” ruimte om ons heen tot halfweg de buursterren, kom je ook op zo’n lage, of zelfs veel lagere dichtheid uit. DM, al dan niet in de vorm van witte gaten, zou vooral een halo vormen om de Melkweg en in mindere mate in onze regionen aanwezig zijn.

      Anyhow, hieronder de videos’s van Rovelli. De links waar het vandaan komt staan erbij opYoutube, zeker de moeite om daar een keer een kijkje te nemen. World Science U (en World Science Festival) is een initiatief van Brian Greene. Festivals zijn opgezet als een talkshow met een panel van wetenschapper over diverse onderwerpen. Veelal Astronomie/Cosmologie maar ook andere, gemiddelde speelduur van de festival video’s is anderhalf uur; direct naar de leukste video’s https://www.worldsciencefestival.com/video/playlists/popular-videos/

      De Rovelli Masterclass
      Playlist

      “Fout, uw reactie lijkt op sp…..” krijg ik steeds als ik op plaatsen klik ????

  5. Reuze interessante discussie dit, ga door, ga door.
    Als ik bij sommige beweringen denk van “dat zal dan wel”,
    Is het, ondanks mijn bekrompen brein, nog aardig te volgen 🙂

  6. Mooie reactie KJ. Je kent je stof.

    Het is nogal idioot wanneer ik Kip Thorne zou tegenspreken, maar toch riskeer ik een paar opmerkingen:

    Wanneer de kern van een zwart gat geen materie zou bevatten, en het zwarte gat wordt niet meer “gevoed” door invallende materie, wat houdt de extreme tijd/ruimte kromming dan in stand?
    Nog los hiervan verondersteld men het bestaan van roterende zwarte gaten. Wat roteerd er dan? Ben eigenlijk wel benieuwd hoe men dit heeft vastgesteld.

    Vwb Hawking straling: Ik dacht dat deze veroorzaakt werd door virtuele fotonparen, waarvan er eentje binnen de Schwarzschild radius valt, en de ander erbuiten. Vandaar ook mijn veronderstelling dat deze straling uit fotonen moet bestaan, en niet uit Neutrinos, die de zwakke kenrkracht overdragen.

    Eens met de oneindigheden, en het vastlopen van berekeningen. Ik vraag me af hoe ver men komt met “renormalisatie”. Lijkt me dat ze niet allemaal verdwijnen.

    Ik heb na het werk van Maldacena eigenlijk niets meer gehoord over zijn ER-EPR postulaat. Het is zware kost, maar het schijnt baanbrekend werk te zijn geweest.

    Vragen,vragen

    • Obelix Obelix zegt:

      Volgens mij zou de bron voor Hawkingstraling moeten bestaan uit een deeltje – antideeltje paar en dus niet ‘standaard’ slechts uit fotonen.

      Wat mij wel verbaast is dat K.J. (vlg. Rovelli ) meldt dat de oudste en kleinste zwarte gaten nu, na 10+ miljard jaar, aan het eind van hun leven komen en veranderen in Witte gaten.

      – Nu pas!!
      – Maar die witte gaten zijn de donkere materie die we niet zien, en…
      – Er is in verhouding tot Baryon-materie nogal wat van.

      Hoe kan iets wat kennelijk pas een recent verschijnsel is, nu al zo overvloedig aanwezig zijn?
      En dan kan DM ook (nog) niet aanwezig zijn die op plaatsen die bv 500 miljoen jaar geleden hun licht naar ons toe hebben gezonden; daar zijn die kleinste, oudste zwarte gaten pas 9,5+ miljard jaar oud, dus nog niet in de fase dat ze in Witte gaten ‘ompolen’. 😕

      Me dunkt dat het dan waarschijnlijker is dat DM bestaat uit die kleinste zwarte gaten, zonder dat het nodig dat ze door hypothetische Hawkingstraling worden omgezet in eveneens hypothetische witte gaten.

      Groet, Paul

      • Marc Opdebeeck zegt:

        Het DM effect is een gevolg van de opbouw van het zwaartekravhtsysteem en heeft altijd al bestaan zolang als de materie bestaat. Voorheen zonder materie had men dit effect niet , dus ook geen DM en ook geen zwarte gaten.

        Waarom zwarte gaten in witte gaten zouden veranderen zie ik niet zitten, met de opgesomde paradoxen in je reactie.
        Gr Marc

    • Marc Opdebeeck zegt:

      Inderdaad er zit geen materie in zwarte gaten. Die is ook niet nodig omdat ruimte-tijd kromming ontstaat door de opbouw van het materiesysteem rond het centrum.
      De rotatie is volgens mij niet het zwarte gat maar de accretiezone rond het zwarte gat die in gang gezet en gehouden wordt door de omzetting van de potentiële energie bij invallende materie naar het centrum toe.
      Rond het centrum of vlak voor de rand van het zwarte gat zijn er bijna geen gradientsvectoren (zwaartekrachtswerking) in de richting van het centrum. Hoe meer men naar het centrum gaat des te meer laterale corioliskrachten men ondervindt. Hetzelfde fenomeen als bij stervorming.
      Gr Marc

  7. Dank je Mies!
    Over dat roteren van een zwart gat moest ik zelf ook even googlen. Inplaats van papagaaien kan ik natuurlijk net zo goed links hier neerzetten. Uiteraard de Wiki https://en.wikipedia.org/wiki/Rotating_black_hole en daar vandaan https://en.wikipedia.org/wiki/Ergosphere Ik had nog nooit van een “ergosphere” gehoord, dus ik ben blij dat die vraag hier naar boven kwam

  8. Boeiende thread.

    Om nog maar even een knuppel in het hoenderhok te gooien:
    Ik zit te denken hoe de theorie van Rovelli, zich verhoudt tot het Holografische principe van Susskind.
    Er blijft op de Schwarzschild radius een 2 dimensionale afdruk over van ieder object dat er in valt.
    Terwijl Rovelli beweert dat alle invallende materie in energie wordt omgezet.
    Bijten deze twee ideeen elkaar niet?

    • Hoi nachtbraker 🙂

      Volgens mij niet. De versie van Susskind is eigenlijk een doorborduurversie van Gerard van ‘t Hooft en de basis is dacht string theorie. De tweedimensionale afdruk kan misschien gemaakt worden voordat materie ergens in het zwarte gat omgezet is in energie. Ik vraag me alleen af op welk moment die afduk dan gemaak zou moeten worden. Dat kan niet diep in het zwarte gat zijn, want dan zou de info van de te maken afduk sneller dan het licht terug moeten reizen en dat zou onmogelijk zijn. Ondanks dat beide heren geen kleintje zijn geloof ik er eerlijk gezegd niet zo in. String theorie kan me ook niet echt enthousiast maken. Verlinde heeft een wankel verhaal en kan helaas niet presenteren (slaapverwekkende en rommelige lectures). Brian Greene ook al string theorie. Ikzelf neig meer naar de hoek van Brian Cox, Kip Thorne, Robbert Dijkgraaf, Avi Loeb en in mindere mate Neil Turok…die houden zich meer aan SR, GR en Quantumfysica. Een beetje bekend terrein en tot nu toe nergens mank gegaan. Helaas blijft zwaartekracht een lastpost. Ik hoop dat ze op termijn het graviton in een experiment aan kunnen tonen. Niet omdat ik daar het meest in geloof, maar dat er in ieder geval een oplossing is waar we verder mee kunnen. Alleen zou Einstein er dan naast hebben gezeten en zou zwaartekracht dan toch een van de fundamentele natuurkrachten zijn. Tenzij het werkt zoals de Higgs 🙂

  9. Hahaha KJ. Tsja, late diensten hé.

    Ik heb de twist tussen QM, en GR, een tijdje gevolgd, en de concensus is dat niet beiden waar kunnen zijn. Het zou mooi zijn wannneer wij hier nog uitsluitsel over mee mogen maken. Verder is het wachten op het experiment dat gat proberen Sag. A direkt waar te nemen.
    Ben benieuwd.

    • K.J. zegt:

      Precies…in GR is het geen fundamentele kracht, in QM zou het dat wel zijn. Wie weet ondergaat Einstein uiteindelijk hetzelfde lot als Newton. Niet weten hoe zwaartekracht werkt, maar alle formules om de effecten te berekenen kloppen wel.

      Volgens mij zit dat project nogal tegen…..ik heb een aantal lectures van Feryal Ozel bekeken en iedere keer zijn ze er bijjjjjjjjna. Althans ik neem dat je het Event Horizon Telescope project bedoelde.

      Heb je al eens je hoofd gebroken over wat “tijd” eigenlijk is? Ook een goed onderwerp voor het nachtbraken. Ik kan er over googlen en lezen totdat de vogels alweer beginnen te fluiten. Wat niet wil zeggen dat ik er iets van snap 🙂

  10. Mies zegt:

    Aangezien ik zo mijn mandje in ga hou ik tijd voor:

    De richting van Entropie. Deze moet altijd groter worden. En hoewel er in hele specifieke situaties de Entropie (zéer kortstondig) kleiner kan worden, geeft nij dit betekenis aan het begrip tijd.

    Het genie van Appie Einstein bestond eruit dat hij open stond voor de dingen die niemand voor mogelijk hield. In een tijd waarin iedereen er van uit ging dat een seconde een seconde was, en een meter een meter, nam hij als uitgangspunt, wat de metingen hem vertelde (C was hetzelfde op een punt van de aarde wat zich naar de zon toe bewoog, als op een punt dat zich van de aarde af bewoog). Je kent de anekdotes vast.

    In alle bescheidenheid zeg ik dan ook: wannneer men nu bemerkt dat in een zwart gat de natuurkunde niet meer werkt….dan bestaat een zwarte gat niet.

    Ik zie het als een probleem dat het verloop van het wetenschappelijk proces een beetje op zijn kop staat.
    Je meet iets, je stelt een wetmatigheid op waaraan je observaties voldoen, en vervolgens controleer je deze theorie wederom op de processen die het beschrijft.

    Nu is het vaak gelul in de ruimte (ja, echt)

  11. Mies zegt:

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.