Impressie van een enkel zwart gat. Credits: NASA
Sterrenkundigen van drie universiteiten – Southampton, Barcelona en Cambridge – hebben ontdekt dat het theoretisch mogelijk is dat in een uitdijend heelal perfect gebalanceerde paren van zwarte gaten ontstaan, die in evenwicht blijven door een kosmische kracht en die zich kunnen voordoen als één enkel zwart gat. Zoals bekend zijn zwarte gaten objecten waarvan de massa zo compact is dat de ontsnappingssnelheid groter is dan de lichtsnelheid en dat niets eruit kan ontsnappen. Ze volgen uit de wetten van de Algemene Relativiteitstheorie van Einstein. Komen zwarte gaten in paren voor dan zullen ze door de onderlinge zwaartekrachtswerking naar elkaar toe spiraliseren en uiteindelijk botsen en samensmelten, zoals ook waargenomen via de zwaartekrachtgolven die dergelijke botsingen produceren.
Maar is dat altijd het geval? Zouden er in een heelal met een kosmologische constante, die afstotend werkt, wellicht ook zwarte gaten kunnen bestaan die perfect gebalanceerd zijn en die als paren keurig samenleven? Op basis van waarnemingen aan type Ia supernovae werd in 1998 vastgesteld dat het heelal versneld uitdijt en die versnelling zou veroorzaakt worden door de donkere energie, waarvan de meeste sterrenkundigen denken dat die donkere energie hetzelfde is als de kosmologische constante Λ, die meer dan honderd jaar geleden door Einstein in z’n veldvergelijkingen werd geïntroduceerd om een statisch heelal te krijgen. Men heeft berekend dat de kosmologische constante 9,8 miljard jaar geleden sterker werd dan de zwaartekracht van de (donkere) materie en dat sindsdien het heelal versneld uitdijt.
Credit: APS/Alan Stonebraker
Oscar Dias (Universiteit van Southampton) en zijn collega’s hebben nu berekend dat in zo’n heelal inderdaad perfecte paren van zwarte gaten kunnen bestaan. Het zou dan gaan om statische zwarte gaten, d.w.z. niet roterende zwarte gaten. De aantrekkende werking van de zwarte gaten op elkaar zou net zo groot zijn als de afstotende werking van de kosmologische constante en dat zou de zwarte gaten in een perfecte balans tot elkaar brengen, zoals geïllustreerd in bovenstaande tekening. De afstand tussen de zwarte gaten zou altijd hetzelfde blijven door de gelijke krachten die op hen werken. Gezien vanaf een afstand zouden de twee zwarte gaten zich kunnen voordoen als één zwart gat. Het zou lastig zijn om te zien of het om één of twee zwarte gaten gaat. Dias et al denken zelfs dat perfecte systemen met drie of vier zwarte gaten mogelijk zijn.
Meer informatie vind je in het vakartikel van Óscar J. C. Dias, Gary W. Gibbons, Jorge E. Santos, Benson Way. Static Black Binaries in de Sitter Space. Physical Review Letters, 2023; 131 (13).
Bron: Universiteit van Southampton.
Volgens mij gaat het om een De Sitter-heelal, dat wil zeggen: een model van het heelal waar alleen donkere energie meedoet (en in dit geval ook de interacties van de gemodelleerde zwarte gaten), maar waarin materie verder geen rol speelt. In ons heelal is dat ver in de toekomst misschien zo, maar nu nog niet.
ben toch benieuwd wat er gaat gebeuren indien een Rogue hemellichaam hun kant komt op driften .
1 van de 2 zal als 1ste aan het vreten slaan en een overwicht bewerkstelligen ,
allemaal leuk en aardig die Lab spinsels ,
zelfs hier op aarde blijken realiteitsproeven versus simulator tests (vaak , meestal) niet uitwisselbaar te zijn .
Twee niet roterende (statische) zwarte gaten die om elkaar heen spiraliseren, dus ze hebben blijkbaar momentum waardoor er toch voortdurend energie verloren gaat. Ergo, als ze niet “spiraliseren” dan zullen ze instant fuseren, ook al dijt het heelal uit omdat het dan ontbreekt aan een gemeenschappelijk zwaartepunt. Gelukkig… in theorie kan alles, vooral als het niet bewijsbaar is, immers hoe toont men ooit zo´n hypothetische Schwarzschild black hole aan?
Als de kosmologische constante sinds 9.8 miljard jaar is blijven toenemen kunnen die zwarte gaten ook weer van elkaar weg bewegen. Het hangt er vanaf wanneer dat evenwicht juist ontstaan is natuurlijk. We hebben zo een plaatselijke groep van 43 melkwegen die op een vaste afstand van elkaar blijven.
Die uitdijing van het universum is (zegt men) niet van toepassing op de “lokale ruimte”. De wet van Hubble zegt wel dat het proportioneel is met de afstand tot de waarnemer op zeer grote afstanden. Ik neem aan dat die 2 spiraliserende zwarte gaten – nota bene onder invloed van elkaars zwaartekracht- dus onder die lokale ruimte vallen en de verandering van die kosmologische “constante” dus nauwelijks of geen effect heeft.
Zwarte gaten zijn betrekkelijk eenvoudig. Het enige wat ze van elkaar onderscheidt zijn: massa, lading en spin (een soort rotatie). Als ik nou in z’n algemeen wil kijken hoe twee zwarte gaten van dezelfde massa en lading zich toch verschillend gedragen, kijk ik naar hun spin, omdat dat dan hun enige onderscheidende kenmerk is. Dat betekent dat de wiskunde veel eenvoudiger is, ik hoef maar één aspect – de spin – te berekenen om de verschillen in hun gedrag te tonen.
Als nou verder geen energie wordt toegevoegd, dan werkt dit. Het is dan een relatief eenvoudige set vergelijkingen (een model) waarmee ik de zwarte gaten kan modelleren.
Maar in ons heelal bestaat wel energie die alomtegenwoordig is, zoals het elektromagnetisch veld. Hierdoor wordt de wiskunde zodanig complex dan er voor dezelfde situatie ineens wel meer dan 1 oplossing mogelijk is. De unieke eigenschappen van de zwarte gaten leveren dus geen unieke oplossingen meer op: je kunt een tweetal zwarte gaten beschrijven met precies dezelfde wiskunde als die waar je een enkel zwart gat mee beschrijft. Anders gezegd:de uniekheid van zwarte gaten wordt wiskundig geschonden in omstandigheden waarin materievelden een rol spelen.
Dit nieuwe onderzoek gaat een stap verder. Het laat zien dat zelfs in de afwezigheid van iets als een EM-veld die uniekheid nog steeds kan worden geschonden, waarvan eerder gedacht werd dat het niet kon. Het demonstreert dat de energie van de uitdijing van het heelal hetzelfde resultaat kan geven: twee zwarte gaten die zich laten beschrijven als een enkel zwart gat – de wiskunde kan het onderscheid niet maken. Ze hebben hiervoor de zwarte gaten zo simpel mogelijk gehouden, dat wil zeggen dat ze alleen de massa, zwaartekracht en donkere energie mee hebben laten doen. De zo gevonden oplossingen van Einsteins vergelijkingen waren niet eerder bekend en laten ons nadenken over hoe simpel/complex zwarte gaten nu eigenlijk echt zijn.
Hoewel geen van deze oplossingen van Einsteins vergelijkingen stabiel is (waarmee bedoeld wordt dat in ons heelal dit soort zwarte gaten niet bestaan) doen de onderzoekers het intrigerende voorstel dat het introduceren van spin suggereert dat die oplossingen wel stabiel kunnen zijn. Ze zijn er al mee bezig dit ook uit te werken. Dat zou dan kunnen betekenen dat sommige zwarte gaten in werkelijkheid uit een paar bestaan, of zelfs meer. Als we zoiets werkelijk konden vinden zou dat kunnen helpen bij het vinden van een betere model van zwaartekracht.
Zoals ik al zei, deze hypothese is onbewijsbaar omdat men zelf al aangeeft dat een pack van 2 of meerdere black holes op grote afstand niet meer afzonderlijk waarneembaar zijn. ” However, Dias and colleagues point out that when the black holes are allowed to rotate, it is possible that their spin interaction may stabilize the solutions. This raises the fascinating possibility of having an isolated pair of solar-mass black holes in our Universe, balancing happily a few hundred light years apart and impossible to distinguish from a single black hole from far away.” We gaan dit dus volgens hun eigen stelling niet vinden om daarmee een beter model van de zwaartekracht te ontwikkelen. Bovendien is een black hole die roteert niet statisch. Ik snap (als leek) helemaal niets van dit puur theoretische artikel :-D.
“deze hypothese is onbewijsbaar”
Het is geen hypothese. Het gaat om wiskunde. Het is een tot dusver onbekende oplossing van Einsteins vergelijkingen, een exacte uitkomst van de wiskunde van ART. Het dient om inzicht te krijgen, inzicht dat we wel wiskundig moeten benaderen omdat we nou eenmaal geen zwarte gaten in een lab kunnen leggen en dan kijken wat er gebeurt. Het is toch wel bekend dat zoiets als theoretische natuurkunde bestaat?
Laten we nu niet vergeten dat ook zwarte gaten zelf eerst puur theoretisch waren: ook die vormden eerst “gewoon maar” een van de oplossingen van ART. Pas veel later zijn ze fysiek gevonden. Dat geldt ook voor zwaartekrachtsgolven.
ART is erg belangrijk voor de kosmologie. Het vinden van oplossingen, of die nou fysiek werkelijk zijn of niet, is een belangrijk onderzoeksgebied omdat de inzichten die je ermee krijgt je verder kunnen brengen, in niet alleen kosmologie, maar ook in bijv. quantumzwaartekracht, loop-quantumzwaartekracht, in snaartheorie, etc.
De wiskunde is erg moeilijk en daarom wordt er vaak gewerkt in een specifieke set van omstandigheden (de achtergrond), die het eenvoudiger maken om zo’n oplossing te vinden door een aantal factoren te verwijderen. In dit geval is o.a. gewerkt in De Sitter-ruimte, een denkbeeldig heelal zonder materie zodat de focus komt te liggen op die interacties (uitdijing, onderlinge zwaartekracht) die specifiek bestudeerd worden. In een later stadium kun je de gebruikte wiskunde proberen breder toepasbaar te maken door een andere achtergrond te kiezen.
Dit lijstje toont een aantal oplossingen voor ART en die zijn allemaal eerst theoretisch uitgewerkt:
1. Schwarzschild-oplossing, voor een niet-roterend zwart gat in een lege ruimtetijd (zulke zwarte gaten bestaan vermoedelijk niet, maar we werken er wel mee in veel gevallen, vanwege hun eenvoud)
2. Kerr-oplossing, voor een zwart gat met spin
3. Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker-metriek: dit beschrijft de uitdijing van het universum in een homogene en isotrope kosmologie (waarin tevens oplossingen die overeenkomen met verschillende kosmologische modellen, waaronder ΛCDM)
4. Reissner-Nordström-oplossing, voor een geladen zwart gat
5. Kerr-Newman-oplossing, voor een roterend en geladen zwart gat.
Zie voor de moeilijkheid van het vinden van die oplossingen ook eens:
https://en.wikipedia.org/wiki/Exact_solutions_in_general_relativity
Got it June. Kort gezegd, men claimt dus een aanvullende wiskundige imaginaire 6e oplossing voor een nieuw type black hole configuratie die niet in praktijk bewezen hoeft te worden, maar men ook (evenals die andere 5) volgens de ART (onder zeer gesimplificeerde condities) niet als oplossing kan uitsluiten. Wellicht kunnen die gasten van de platte aarde hier ook iets mee 😀
Het lijkt er meer op dat ons heelal aan het krimpen is, als je de spons achtige structuur ziet, zou het miljoenen keer meer aantrekkingskracht kunnen hebben als de stofwolk waar ze uit geëvolueerd zijn, als of we in een supernova zitten, die aan het imploderen is. Met de accelererende roodverschuiving, lijkt het dat we in een heelal zitten waar de atomen krimpen, omdat je met krimpende atomen een accelererende roodverschuiving krijgt, omdat de interactie tussen atomen dan sneller gaat en dan de tijd sneller gaat wat er weer voor zorgt dat het krimpen sneller gaat en je zo een accelererende roodverschuiving krijgt, die de tijd en het krimpen sneller laat gaan. De Constante van Hubble en van Planck zijn niet langer te handhaven omdat deze zijn bedacht bij een geleidelijke uitdijing en we nu met een accelererende roodverschuiving zitten, het onmogelijk maakt dat je bij een dubbele roodverschuiving een dubbele afstand hebt, dat is voor de Constante van Planck een ramp, omdat er allerlei waarden aan gekoppeld zijn die bij de oerknal horen en nu niet meer toepasbaar zijn en krijg je te horen dat de natuurkunde in chaos verkeerd.