27 november 2021

Hawking’s zwart gat theorema voor het eerst observationeel bevestigd

Impressie van twee zwarte gaten die samensmelten. Credit: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) project. Courtesy of LIGO

In 1971 kwam Stephen Hawking in dit artikel met zijn theorema van zwarte gaten, drie jaar voordat hij verdampende zwarte gaten opperde (dat laatste is feitelijk een gevolgtrekking van z’n theorema). Het theorema, dat ook wel bekend staat als de tweede wet van de zwarte gaten mechanica, stelt dat het oppervlak van de waarnemingshorizon van zwarte gaten met het verstrijken van de tijd niet kleiner kan worden. En nu, precies vijftig jaar na dato, komen wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) met de eerste waarneming en bevestiging van Hawking’s theorema. Maximiliano Isi en z’n team keken daarvoor naar de zwaartekrachtgolven van GW150914, welke in 2015 werden waargenomen door de LIGO detectoren in de VS. Die zwaartekrachtgolven – rimpels in de ruimtetijd – werden veroorzaakt door de botsing en samensmelting van twee zware zwarte gaten. Volgens het theorema zou het zwarte gat dat door de botsing ontstond een waarnemingshorizon moeten hebben die niet kleiner is dan het totale oppervlak van de waarnemingshorizonnen van de twee zwarte gaten die botsten. Met een zekerheid van 95% kon men inderdaad vaststellen dat het oppervlak van de waarnemingshorizon van het gevormde zwart gat niet kleiner was dan dat van de twee afzonderlijke opppervlaktes van de waarnemingshorizonnen.

Zwaartekrachtgolf GW150914 . Credit: B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)

Om dat te kunnen doen pasten Isi en z’n team een nieuwe techniek toe, waarmee het signaal van de zwaartekrachtgolf op z’n piekmoment kan worden ontrafeld  in specifieke tonen of frekwenties – hierboven zie je dat signaal. Daarmee was men in staat de massa en spin van de zwarte gaten te bepalen en daarmee kan weer de oppervlakte van de waarnemingshorizon worden vastgesteld. In het geval van het signaal van GW150914 was men in staat om het zowel vóór het piekmoment te doen, toen er nog twee afzonderlijke zwarte gaten waren, als ná het piekmoment, toen er nog maar één nieuw zwart gat was. De totale oppervlakte van de waarnemingshorizon van de twee zwarte gaten voor de samensmelting bleek 235.000 km² te zijn, dat van het nieuwe, pas gevormde zwarte gat was 367.000 km². Hier het vakartikel van Isi et al over de waarnemingen aan GW150914 en de bevestiging van Hawking’s theorema, verschenen in Physical Review Letters. Bron: MIT.

Comments

  1. Hans Schreuder zegt

    Wat ik niet begrijp: met de zwaartekrachtsgolven verdwijnt veel energie uit het systeem van de twee bijna botsende zwarte gaten. Ik zou dus verwachten a) dat de totale massa daardoor afneemt en b) dat daardoor het resulterende zwarte gat niet alleen lichter is maar ook kleiner. Of houdt de “tweede wet” daar al rekening mee?

    • Goede en terechte vraag! In het geval van GW150914 werd er in een fractie van een seconde drie zonsmassa aan zwaartekrachtgolven de ruimte in gestuurd. Je kunt stellen dat als dat niet gebeurd zou zijn dan zou de oppervlakte van het nieuwe gevormde zwart gat nóg groter zijn geweest.

Speak Your Mind

*

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