Babyheelallen van een multiversum als primordiale zwarte gaten?

Impressie van babyheelallen, die eruit zien als primordiale zwarte gaten. Credit: Kavli IPMU.

Het was een bizar jaar, dus laten we ‘m maar gelijk afsluiten met een bizarre theorie, zoals ik ‘m toch wel wil kenmerken. Een internationaal team van sterrenkundigen, waaronder Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada en Volodymyr Takhistov (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe), heeft recent gekeken naar de zogeheten primordiale zwarte gaten, dat zijn zwarte gaten die in theorie wellicht ontstaan zijn tijdens de oerknal, 13,8 miljard jaar geleden. We kennen in het huidige heelal drie categorieën zwarte gaten, van astrofysische zwarte gaten van 8 tot enkele tientallen keer de massa van de zon, via intermediaire zwarte gaten van honderden tot duizenden keren de massa van de zon, tot superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels van miljoenen tot miljarden keren zo zwaar als de zon. In theorie is er nog die vierde categorie, de primordiale of oer-zwarte gaten, die in massa sterk kunnen variëren.

De Hyper Suprime-Cam (HSC) is een enorme digitale camera verbonden aan de Subaru Telescoop (Credit: HSC project / NAOJ)

In het vakartikel genaamd Exploring Primordial Black Holes from the Multiverse with Optical Telescopes (verschenen in the Physical Review Letters) komen Alexander Kusenko en z’n collega’s met de theorie dat er in de inflatieperiode tijdens de oerknal – toen het heelal in zeer korte tijd exponentiëel in omvang toenam – babyheelallen kunnen zijn ontstaan, die samen een multiversum heelal vormen. Kleine babyheelallen (of ‘dochterheelallen’) zouden na korte tijd weer in elkaar gestort zijn (via ‘gravitational collapse’). De energie die daarbij vrijkomt kan zorgen voor de productie van primordiale zwarte gaten. Grote babyheelallen zouden nog vreemder zijn. Bekeken van binnenuit of van buitenaf zouden ze er namelijk verschillend uitzien: van binnen bekeken zou zo’n groot babyheelal er als een expanderend heelal uitzien (zoals ons heelal er uit ziet), van buiten bekeken zou je… een primordiaal zwart gat zien.

Credit: Kavli IPMU/HSC Collaboration

De sterrenkundigen denken dat het met de Hyper Suprime-Cam (HSC), verbonden aan de 8,2m Subaru Telescoop op de top van de 4.200 meter hoge Mauna Kea op Hawaï, mogelijk moet zijn om primordiale zwarte gaten te detecteren. Zoals je hierboven geïllustreerd ziet willen ze met de HSC naar het Andromedastelsel (M31) kijken. Met die camera kunnen ze elke paar minuten het gehele stelsel in de gaten houden. Als tussen ons op aarde en één van de sterren van M31 een primordiaal zwart gat passeert zou dat te zien moeten zijn als een zwaartekrachtlens, waarbij het licht van de ster eventjes wordt versterkt. Zoiets is al eens waargenomen met de HSC en toen betrof het mogelijk een primordiaal zwart gat met ongeveer de massa van onze maan.

[Naschrift 30 december] Laat ik nou het belangrijkste van dit nieuwsbericht vergeten zijn: dat ze denken dat die primordiale zwarte gaten de donkere materie in het heelal vormen. Geen WIMPS, geen steriele neutrino’s, geen axino’s, maar PBH’s als donkere materie.

Bron: Kavli.

16 gedachten over “Babyheelallen van een multiversum als primordiale zwarte gaten?

    • Ja, goede vraag. Ik denk dat het vooral een gevoel is. Er zijn volgens mij teveel onzekerheden in deze theorie om ‘m niet bizar te noemen. Het idee van een multiversum is m.i. bizar, de theorie van de inflatieperiode is aantrekkelijk, maar op-ploppende en vervolgens ineenstortende babyheelallen in die zeer korte periode vind ik dan weer bizar. En dan die grote baybheelallen, die er van buiten uitzien als primordiaal zwart gat, betekent dat niet dat álle zwarte gaten een heelal van binnen kunnen zijn? Dat primordiale zwarte gaten bestaan kan ik best accepteren, maar om nou aan te nemen dat het complete heelallen zijn vind ik weer een stap te ver.

      • Gevoelsmatig vind ik het juist een elegante theorie, dat elk Zwart Gat ergens anders een Big Bang en dus een nieuw heelal betekent. Al die materie en energie kan immers niet zomaar verdwijnen? Met de vorming van een nieuw heelal doet het dat ook niet. En ja, ook ons heelal is dan elders een Zwart Gat. Ik heb daar helemaal geen probleem mee. Het is iets wat ik een jaar of dertig geleden als eens in een onbewaakt moment bedacht en het verbaast mij niks dat anderen ook op dat idee zijn gekomen. Gelukkig zijn er nu dus ook wetenschappers die in deze richting denken.

        Groet,
        Gert (Enceladus)

        • Energie en materie dat in een zwart gat valt verdwijnt toch niet? OK, in welke vorm het voorkomt binnen de waarnemingshorizon is niet bekend, maar het is daar aanwezig. Als het echt zou verdwijnen zou een zwart gat geen zwaartekracht meer op z’n omgeving uitoefenen en zou z’n invloed verdwijnen.

          • Nou, het verdwijnt als het ware uit ons heelal. Het is de meest serieuze vorm van eenrichtingsverkeer die ik kan bedenken. En uiteindelijk verdampt een Zwart Gat toch? Dan is alles was er in verdween toch helemaal voorgoed buiten bereik?

            Groet,
            Gert (Enceladus)

      • Ik denk dat de heer Nouwen gelijk heeft. Alles moet zich in een onbevattelijke korte tijd hebben afgespeeld maar ik heb een vraag: naast ons heelal zijn er dus volgens deze theorie, ook baby-heelallen ontstaan. Wanneer die zijn opgegaan in zwarte gaten, hoe komen die zwarte gaten dan in ons heelal terecht? Zij behoorden toch bij die andere baby-heelallen? Overigens zou deze theorie wel een antwoord kunnen geven op de uitdijing van ons heelal als oorzaak i.p.v. donkere materie als oorzaak. Maar veel vragen blijven, dacht ik als leek, toch bestaan.

  1. Gert, de materie dat over de Schwarzschild-grens heen gaat van een zwart gat verdwijnt niet uit ons heelal. Vanuit gezichtspunt van betreffende materie ziet de rest van het heelal er zelfs niet anders uit.
    En als een zwart gat helemaal is verdampt, dan is alle massa die er in zat omgezet in (Hawking) straling en netjes teruggegeven aan het heelal.

    • Dank voor je reactie, Paul. Dat is een interessant gezichtspunt (pun intended!) dat het heelal er vanuit de materie in een Zwart Gat niet anders uitziet. Hoe weten we dat eigenlijk. En is het echt zo dat als er een waarnemer in een Zwart Gat zou kunnen bestaan, deze gewoon ‘naar buiten’ kan kijken? Ik kan me daar eerlijk gezegd niets bij voorstellen.

      Groet,
      Gert (Enceladus)

      • We weten dat dat zo moet zijn vanuit de theorie die de theoretische onderbouwing voor zwarte gaten levert, met name ART. Het kan best zijn dat het uiteindelijk niet zo blijkt te zijn natuurlijk, maar als je een theorie volgt naar zijn meest extreme voorspellingen, hoe raar ze ook lijken, zul je die moeten accepteren als je de theorie accepteert of de theorie moeten aanpassen/vervangen.

        Hoe weten wij dat je bijvoorbeeld niet kunt versnellen tot voorbij de lichtsnelheid? De theorie zegt dat. Niemand heeft het ooit geprobeerd. Maar dit deel niet accepteren en de rest van RT wel, is zinloos: dan heb je een gewoon nieuwe theorie nodig. Dat kan iets compleet nieuws zijn of een aanpassing aan ART, maar je zult iets moeten veranderen.

        Op zich is het geen controversiëel gezichtspunt: materie en licht kunnen wel in een zwart gat vallen, maar er niet uitkomen volgens diezelfde processen. Een hypothetische waarnemer net voorbij de waarnemingshorizon zou dus geen probleem moeten hebben om dat invallende licht en materie te zien.

        Uiteraard is het niet zo simpel, in een heel sterk zwaartekrachtsveld gaan tijd en ruimte bizarre dingen doen. Maar puur bekeken vanuit het gegeven dat licht en materie er wel in kunnen, is dit de gedachte: wij kunnen niet in een zwart gat kijken, een zwart gat wel in ons 😉

    • Ja en uiteindelijk trekt alle materie zich samen in zwarte gaten (entropie) die ‘verdampen’ in Hawking straling, het tijd ruimte continuüm ophoudt te bestaan en er uiteindelijk een sublimatie (straling -> materie) (big bang) ontstaat, dan hebben we het over het cyclic universe van Penrose.

  2. Ik zit met een chronologies probleem hier. Kunnen primordiale zwarte gaten die vlak na de BB (zouden) zijn ontstaan lichtstraling van sterrenstelsels afbuigen die op dat moment nog niet bestonden? Of hebben ze ook nog het “eeuwige” leven en bewegen ze zich als Metusalems dwars door het vroege en huidige heelal zonder te verdampen?

    • Ja, die primordiale zwarte gaten kunnen inderdaad zwerven door het heelal. Of ze er nog zijn hangt af van hun massa. PBH’s die minder dan 10^11 kg zwaar zijn bestaan niet meer, die zijn door Hawking verdamping verdwenen. Zwaardere PBH’s moeten nog wel bestaan en kunnen gezien vanaf de aarde voor het Andromedastelsel langs schuiven.

  3. Ik heb net nog een klein naschrift aan de blog toegevoegd: was totaal vergeten te vermelden dat ze denken dat die primordiale zwarte gaten óók de donkere materie in het heelal vormen. Zucht… je kunt wel merken dat ik kerstvakantie heb. 😀

  4. HHmmm.. maar er klopt volgens mij iets niet aan deze theorie, in dat artikel van de informatieparadox las ik pas geleden het volgende:

    “En daarmee lijkt er een oplossing te zijn voor deze zogeheten informatieparadox. Maar daar is wel een opzienbarende theorie voor nodig, waaruit onder meer blijkt dat de ruimtetijd in een zwart gat op een gegeven moment uit elkaar lijkt te vallen, iets wat er op wijst dat de ruimtetijd niet de fundamentele bodem van de realiteit is, maar dat het een opkomende, ’emergente’ structuur is uit iets diepers.” (Bron: De informatieparadox van zwarte gaten lijkt opgelost, maar de oplossing is opzienbarend
    12 NOVEMBER 2020 DOOR ARIE NOUWEN)

    het is dus een feitelijke (in voornoemd artikel) constatering dat ruimtetijd in een zwart gat uit elkaar “Lijkt’ te vallen in iets wat een andere realiteit lijkt, maar in dit artikel krijg ik weer de indruk (en zeker met de reacties hier) dat wanneer we in een zwart gaan een andere ruimtetijd tegen ‘kunnen’ komen maar en dat een waarnemer wellicht zelfs vanuit een zwart gat zou kunnen observeren? Dat is dan toch niet in lijn met het artikel over de informatieparadox van pas geleden?

    Met vriendelijke groet,

    Jermaine Van der Meer

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

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