Russische astrofysici onderzoeken wormgat-kandidaten tussen actieve galactische kernen

Een team Russische astrofysici o.l.v. Mikhail Piotrovich verbonden aan het Centraal Astronomisch Observatorium, Pulkovo, St. Petersburg, heeft de hypothese geopperd dat ongewone hoogenergetische gammaflitsen mogelijk zouden kunnen onthullen dat wat supermassieve zwarte gaten (SMBH’s) lijken, in werkelijkheid wormgaten blijken te zijn. Bij deze nieuwe zoekmethode voor potentiële wormgaten, detectie aan de hand van ongebruikelijke gammaflitsen, stelt Piotrovich en zijn team dat deze supermassieve zwarte gaten feitelijk de ‘ingang’ of ‘mond’ vormen tot deze wormgaten. Een wormgat, ook bekend als Einstein-Rosenbrug, is een hypothetische mogelijkheid om binnen ruimtetijd sneller dan het licht te reizen, ze vormen a.h.w. speculatieve bruggen tussen verre locaties in de ruimte, en bieden zo een potentiële kosmische snelkoppeling naar bestemmingen die met andere middelen onbereikbaar zouden zijn. Hoewel wormgaten worden voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, moet hun bestaan i.t.t. zwarte gaten, nog empirisch worden bewezen. Toch lijken ze in veel opzichten op elkaar. Beide soorten objecten zijn extreem compact en bezitten een buitengewoon sterke aantrekkingskracht. Het belangrijkste verschil is dat objecten uit zwarte gaten, na het passeren van de waarnemingshorizon van het zwarte gat – de drempel waar de snelheid die nodig is om aan de zwaartekracht van het zwarte gat te ontsnappen groter is dan de snelheid van het licht – niet meer kunnen ontsnappen terwijl elk object dat een wormgat binnengaat, in theorie van koers zou kunnen veranderen.

Lees verder

Methode bedacht om wormgaten te detecteren – áls ze bestaan

Impressie van een superzwaar zwart gat. Credit: NASA/JPL-Caltech

Voorlopig zijn wormgaten nog zuiver hypothetische objecten: een wormgat, ook bekend als een Einstein-Rosen brug, is een hypothetische mogelijkheid om binnen de ruimtetijd via z’n twee uiteinden sneller dan het licht te reizen. Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie (ART) sluit hun bestaan niet uit, maar dan moet er wel materie met een negatieve energiedichtheid bestaan. Die is nog nooit waargenomen, maar het is ook niet uitgesloten dat het wel bestaat. Mochten wormgaten inderdaad bestaan dan hebben twee natuurkundigen van de Universiteit van Buffalo (VS) en Yangzhou Universiteit (China) alvast bedacht hoe je ze zou kunnen detecteren. Dejan Stojkovic en De-Chang Dai denken dat ze waargenomen zouden kunnen worden in de buurt van Sagittarius A* (kortweg Sgr A*), het superzware zwarte gat in het centrum van het Melkwegstelsel. Op grond van theoretische overwegingen denkt men dat wormgaten vooral op plaatsen voorkomen met extreem krachtige zwaartekrachtsvelden en dé plek bij uitstek daarvoor is vlakbij een superzwaar zwart gat.

Impressie van een wormgat. Credit: Pixabay / Genty.

Op 10 oktober j.l. publiceerde het tweetal dit vakartikel in Physical Review D en daarin stellen ze dat de aanwezigheid van een wormgat in de buurt van Sgr A* zich kan verraden door minieme afwijkingen in de baan van sterren die vlakbij Sgr A* staan en daar in korte tijd omheen draaien. Eén van die sterren is de welbekende ster S2, die in 15,2 jaar om Sgr A* draait. Als S2 in de buurt van het wormgat zou komen en aan het andere uiteinde van het wormgat (ergens anders in het heelal) bevindt zich ook een ster, dan zal de zwaartekrachtswerking van die ster van invloed zijn op de baan van S2 (en vice versa). Op dit moment zijn de metingen aan de baan van S2 nog niet gedetailleerd genoeg om zo’n variatie te zien, maar Stojkovic en Dai denken dat één of twee decennia van waarnemingen genoeg gegevens van de baan moeten opleveren om iets te kunnen zeggen over de aanwezigheid van een wormgat in de buurt van Sgr A* en S2. Maar zelfs als ze zo’n variatie bespeuren is het nog niet helemaal zeker, want de baanafwijking zou ook door iets anders kunnen worden veroorzaakt, bijvoorbeeld een ster in de buurt van S2. Het blijft dus nog een poosje hypothetisch, die wormgaten. Bron: Universiteit van Buffalo.

2 mei: Expeditie NEXT – hét Nationale Wetenschapsfestival!

Credit: Expeditie Next

Experimenten, colleges en expedities in 10 uur, door 100 wetenschappers, voor 1000 kinderen en volwassenen. Hoeveel heb jij eigenlijk te maken met wetenschap? Meer dan je denkt! Op donderdag 2 mei in de meivakantie kunnen jong en oud dit ontdekken in de Maassilo in Rotterdam tijdens Expeditie NEXT. Wetenschappers en onderzoekers uit heel Nederland komen dan samen om hun onderzoek met het publiek te delen.

Overdag kunnen kinderen Youtuber Dylan Haegens en wetenschapper Esther Roozendaal het hemd van het lijf vragen over sluikreclame, mini-colleges volgen van astronaut André Kuipers of natuurkundige Diederik Jekel én proefjes doen met experimenteer-expert Boy van Quest Junior. Ondertussen kunnen ouders meer leren over de effecten van smartphonegebruik of het gedrag van kinderen of pubers en in de avond zijn er talkshows van onder andere The New Scientist en de Universiteit van Nederland voor jongeren.

Op het festival wordt bij het programmaonderdeel ‘InScience Filmfestival’ een korte (komische) film vertoont over twee jongetjes die een wormgat: Einstein-Rosen, geschreven en geregisseerd door Olga Osorio. Het Spaanse jongetje Teo vindt in 1982 een wormgat op de binnenplaats van het appartementencomplex waar hij woont. Zijn broer Óscar gelooft hem niet, tót ze 35 jaar later op dezelfde plaats terugkomen… Hieronder een trailer van die film.

Programma Expeditie NEXT

Datum: donderdag 2 mei 2019
Dagprogramma: 11.00-18.00
Avondprogramma: 19.30-23.30
Locatie: Maassilo Rotterdam
Meer informatie en kaartverkoop: www.expeditienext.nl

Voor kinderen tot 18 jaar zijn kaarten gratis en voor volwassenen €5,-, inclusief twee gratis consumptiemuntjes.

Dagprogramma Science Fair voor kinderen én (groot)ouders

Op de Science Fair kunnen kinderen zelf proefjes doen, meedoen aan experimenten en al hun vragen stellen aan de honderden wetenschappers die hun onderzoeken laten zien in een van de labs. Daarnaast kunnen ze kennismaken met het voedsel van de toekomst, ervaren hoe het er in een rechtbank aan toe gaat, of in een mobiel planetarium leren wat zwarte gaten zijn. Ook voor (groot)ouders is er genoeg te doen én te leren. Hoe bescherm je bijvoorbeeld kinderen tegen cybercriminaliteit en hoe slecht is het om te slapen naast je smartphone? Welke risico’s nemen pubers, en is dat erg? Kortom: de kans om alle vragen te stellen aan een expert!

Avondprogramma voor volwassenen

In de avond is er een programma in Club NOW&WOW waar bezoekers samen met topwetenschappers, kunstenaars en journalisten onder het genot van een drankje in gesprek gaan over de wetenschap die onze toekomst gaat bepalen. In de talkshow van The New Scientist – LIVE gaat wetenschapsjournalist Martijn van Calmthout het gesprek aan met onder andere Ivo van Vulpen en Jaap Seidell over belangrijke vragen over de bijdrage wetenschap aan het voeden van 10 miljard monden en wat de rekenkracht van quantumcomputers gaat betekenen voor onze toekomst.

Bron: Expeditie NEXT.

Theoretisch kan je door wormgaten reizen, alleen zal ’t je niet veel helpen ergens snel te komen

Theoretische impressie van een wormgat. Credit: Internet Encyclopedia of Science

Twee natuurkundigen van de Harvard Universiteit – Daniel Jafferis en Ping Gao – en eentje van Stanford Universiteit – Aron Wall
– hebben laten zien dat wormgaten bestaan én dat ze gebruikt kunnen worden om reizen van het ene deel van het heelal naar het andere deel te maken. Edoch bij al die hypothetische excercities komt altijd een maar kijken en dat is ook hier het geval: wormgaten zijn tunnels in de ruimtetijd en daarmee zou je bijvoorbeeld van het ene uiteinde van het melkwegstelsel in het andere kunnen komen. De studie van het drietal wijst uit dat dat kan, echter wat blijkt: als je door zo’n wormgat reist dan duurt de reis nog langer dan wanneer je de reis via de normale weg zou doen. Tsja, dat schiet dus ook niet op. Zo’n wormgat zou in theorie de ‘verstrengelde tunnel’ zijn tussen twee zwarte gaten. Jafferis en z’n collega’s bekeken die wormgaten in het licht van de befaamde ER=EPR correspondentie, waar enkele jaren geleden Juan Maldacena en Lenny Susskind mee aankwamen, een vermeende relatie tussen wormgaten en kwantumverstrengeling, het verschijnsel dat twee elementaire deeltjes met elkaar verbonden kunnen zijn en dat een verandering aan één van de deeltjes direct gevolgen heeft voor het andere deeltje, ongeacht in het heelal waar ze zich bevinden.

Credit: Emok – Eigen werkIllustration of the Casimir effect. CC BY-SA 3.0

Bij eerdere berekeningen stuitte men op het bezwaar dat voor reizen door wormgaten een hoeveelheid negatieve energie nodig is, maar door ook te kijken naar kwantum effecten zoals het welbekende Casimir effect (zie hierboven) was dat niet meer nodig.  Afgelopen zaterdag gaf Jafferis een presentatie over z’n theorie op de APS conferentie, genaamd “Traversable wormholes”  Hier de samenvatting daarvan: http://meetings.aps.org/Meeting/APR19/Session/B02.2. Bron: Science Daily.

Einstein’s artikelen uit 1935 die aan de basis staan van ER=EPR

Een ‘octopus wormgat’ Credit: Olena Shmahalo/Quanta Magazine


Recent is de theorie naar voren gekomen dat kwantumverstrengeling tussen deeltjes in de buurt van zwarte gaten wel eens zou kunnen verlopen via wormgaten – lees mijn ER=EPR blog van gisteren daarover. Centraal daarin staan twee fenomenen, die beiden door Einstein en collega’s in 1935 werden beschreven: de kwantumverstrengeling, die tussen elementaire deeltjes kan bestaan – Einstein sprak van ‘spooky action at a distance‘ – en de wormgaten, tunnels door ruimte en tijd die via zwarte gaten zouden verlopen. Hier de twee ‘oerartikelen’ die aan de basis staan van ER=EPR:

Klik bij beiden op PDF en dan kan je na een simpele verificatie het complete artikel downloaden.

Plaveit ER=EPR de weg voor vereniging Relativiteitstheorie en Kwantummechanica?

Een ‘octopus wormgat’ Credit: Olena Shmahalo/Quanta Magazine


Al decennia wordt gezocht naar een alles omvattende theorie, die zowel de Relativiteitstheorie omvat als de Kwantummechanica, die zowel het grote van de ruimtetijd van het heelal als het kleine van de elementaire deeltjes en krachten beschrijft. De laatste twee jaar is er behoorlijk wat schot in de zaak gekomen en dat is met name sinds het verschijnen op 3 juni 2013 van het artikel van Cool horizons for entangled black holes van de twee bekende natuurkundigen Juan Maldacena (‘the Master’) en Leonard Susskind. Sindsdien is dat artikel al 150 keer door vakgenoten geciteerd en alles schijnt te draaien om iets waarvoor Albert Einstein al in 1935 de grondslagen legde: ER=EPR. Deze relatie legt het verband tussen twee artikelen die Einstein dat jaar met collega’s schreef, eentje met Nathan Rosen over een fenomeen dat bekend zou worden als Einstein-Rosen bruggen, beter bekend als wormgaten, en eentje met Boris Podolsky en dezelfde Rosen over een ander fenomeen, kwantumverstrengeling. Met dat ER=EPR – oftewel Einstein-Rosen’s wormgaten en Einstein-Podolsky-Rosen’s kwantumverstrengeling – gingen Maldacena en Susskind een probleem te lijf waar sterrenkundigen en natuurkundigen mee worstelen: wat gebeurt er met de informatie van alle materie (lees: hun kwantumeigenschappen) die binnen de waarnemingshorizon in een zwart gat zit? Volgens de ijzeren wetten van de kwantummechanica kan dergelijke informatie niet verloren gaat – de behoudswet van informatie – en toch zou een zwart gat informatie doen verdwijnen. Een onderwerp waar Stephen Hawking een jaar geleden ook al mee worstelde, zie deze, deze en nog eens deze Astroblogs erover.

Zit er een firewall rondom zwarte gaten?

Hawking was met name getriggered door een artikel dat een jaar eerder voor dat van Maldacena en Susskind verscheen, het AMPS-artikel, genoemd naar de initialen van de auteurs, Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski, James Sully. Berekeningen van dat viertal lieten zien dat de waarnemingshorizon van een zwart gat weliswaar informatie naar buiten kan brengen, maar dat de consequentie daarvan is dat ‘ie omgeven is door een ‘firewal’. Polchinski en z’n maatjes gingen daarbij uit van Hawking’s beroemde theorie uit 1974 van verdampende zwarte gaten, waarbij paren van deeltjes die kwantumverstrengeld zijn in staat zijn uit het zwarte gat te ontsnappen, dat wil zeggen dat één van die deeltjes van zo’n verstrengeld paar wegvliegt van het zwarte gat en het andere er in valt en verdwijnt. Kern van het AMPS-artikel: een deeltje dat uit het zwarte gat verdwijnt moet met meer dan één ander deeltje kwantumverstrengeld zijn en zo’n ”kwantum polygamie” van verstrengelde deeltjes zou onherroepelijk tot een opeenhoping van energie bij de waarnemingshorizon moeten leiden, hetgeen allesverzengende ‘firewall’ oplevert.

Juan Maldacena en leonard Susskind.

Toen waren daar Maldacena en Susskind, twee gevestigde namen in de theoretische natuurkunde. Zij waren geïnspireerd geraakt door werk van Mark Van Raamsdonk – goh, dat klinkt wel erg Nederlands – een natuurkundige, werkzaam bij de Universiteit van British Columbia in Vancouver. Die had eerder het idee postgevat dat er een relatie zou zijn tussen kwantumverstrengeling en ruimtetijd. Op een dag stuurde Maldacena een kort en cryptisch bericht per mail naar Susskind, dat enkel ‘ER=EPR‘ bevatte. Susskind, die Maldacena als ‘the Master’ schijnt aan te duiden, had direct door waar het om draaide: er is een relatie tussen wormgaten, de Einstein-Rosen bruggen die een manier vormen om sneller dan het licht tussen twee punten in het heelal te reizen, en kwantumverstrengeling, het verschijnsel dat twee elementaire deeltjes met elkaar verbonden kunnen zijn en dat een verandering aan één van de deeltjes direct gevolgen heeft voor het andere deeltje, ongeacht in het heelal waar ze zich bevinden – een verschijnsel dat Einstein, Podolsky en Rosen in 1935 juist probeerden te ontkrachten.

Theoretische voorstelling van een wormgat.

Bij een klassiek wormgat zijn de uiteinden twee zwarte gaten, nou ja eigenlijk één zwart gat waar je in gaat en één wit gat waar je uitkomt – zie Interstellar voor een mooie visualisatie ervan. Bij Maldacena en Susskind is er sprake van kwantumverstrengeling tussen deeltjes bí­nnen het zwarte gat en buiten het zwarte gat en die verstrengeling verloopt via wormgaten – de onderste afbeelding hierboven. De voorstelling hiervan is door sommigen al de octopus-afbeelding genoemd, helemaal boven aan een andere voorstelling ervan. Met ER=EPR zou de firewall van AMPS omzeild worden, zou de wet van behoud van informatie intact blijven én zou er een verband worden gelegd tussen de wereld van het allergrootste, de ruimtetijd en de zwaartekracht van het heelal, beschreven met Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie uit 1915, en de wereld van het allerkleinste, de elementaire deeltjes en natuurkrachten (inclusief dezelfde zwaartekracht), beschreven door de kwantummechanica uit de jaren twintig van de vorige eeuw. Als afsluiting tenslotte deel 1 van een lezing van Susskind himself over ER=EPR, hier deel 2.

Bron: Quanta Magazine + The Reference Frame + Francis Naukas.

Is onze Melkweg een stabiel en navigeerbaar wormgat?

Voorstelling van een wormgat dat twee sterrenstelsels verbindt (Credit: Davide and Paolo Salucci)

We zijn nog maar net bekomen van de indruk die de science fictionfilm Interstellar op ons heeft gemaakt, of een groepje sterrenkundigen komt met de best wel gewaagde stelling dat ons eigen Melkwegstelsel op wiskundige gronden een wormgat kán bevaten – één van de spectaculaire (tijd)reismethodes uit die film – of dat het zelfs in z’n geheel een wormgat is! De sterrenkundigen zijn van de International School for Advanced Studies (SISSA) in Italië en wat ze hebben gedaan is kijken welke invloed donkere materie op zo’n wormgat zou hebben. Voor de liefhebbers: hier is hun vakartikel erover, in november vorig jaar verschenen in Annals of Physics. De eerste die met de hypothese van wormgaten aankwam was Albert Einstein, die samen met Nathan Rosen in 1935 een theorie bedacht waarmee ze het bestaan van zwarte gaten wilden ontkrachten. Hun idee was dat zwarte gaten niet kunnen ontstaan omdat in een massief ineenstortend object, dat een zwart gat dreigt te worden, de ruimtetijd zo sterk verbogen wordt dat de ruimte over zichzelf kromt en er tunnels in de ruimtetijd ontstaan.

Zo is de ruimtetijd gekromd bij een wormgat. Credit: NASA

Die tunnels of wormgaten zouden volgens Einstein en Rosen instabiel zijn, omdat voor de instandhouding ervan enorme hoeveelheden negatieve energie nodig zouden zijn. Het SISSA-team denkt dat donkere materie die voeding kan leveren en dat wormgaten stabiel kunnen zijn. In het centrum van de Melkweg zijn de omstandigheden daarvoor het meest gunstig, maar volgens Paulo Salucci – één van de teamleden – zou de tunnel zo groot als de gehele Melkweg kunnen zijn. Hij denkt dat donkere materie iets te maken heeft met andere dimensies en dat ze ons in staat stellen werkelijk door de ruimtetijd te reizen. Het wormgat zou namelijk niet alleen stabiel zijn, maar ook navigeerbaar.OK mensen, het is een mathematische excercitie van het SISSA-team, dus het laat alleen maar zien dat het in principe en op wiskundige gronden mogelijk is dat de Melkweg een wormgat bevat of zelfs in z’n geheel is. Het zegt niets over een eventueel echt bestaan van die objecten. De teamleden denken wel dat door studie van donkere materie in andere sterrenstelsels en de vergelijking daarvan met ons eigen Melkwegstelsel te ontdekken valt of wij er echt eentje in huis hebben. Hieronder nog een video over galactische wormgaten.

Bron: Universe Today.

Nog even over die wormgaten

Theoretische voorstelling van een wormgat.

[Trailer Alert] In de film Interstellar komt een wormgat voor, eentje die zich ophoudt bij Saturnus en die astronaut Cooper en zijn gezelschap op een snelle manier toegang verschaft tot een ander deel van het universum. Een wormgat, ook wel bekend als een Einstein-Rosen brug, is een hypothetische mogelijkheid binnen de ruimtetijd te reizen en die aan twee kanten een opening heeft, welke er als zwarte gaten uitzien. Zou je terechtkomen in een echt zwart gat, dan is spaghettificatie van al je atomen tot een lange sliert onvermijdelijk, kom je echter in een wormgat dan zou je – in theorie tenminste – miljoenen lichtjaren ver weg kunnen reizen. Het tweetal natuurkundigen Zilong Li en Cosimo Bambi (Universiteit van Shanghai) heeft een mogelijkheid geopperd hoe een wormgat van buiten te onderscheiden zou zijn van een echt zwart gat en zij denken dat binnen enkele jaren, als het Gravity instrument verbonden wordt aan de Very Large Telescopes van de ESO in Chili, beiden kunnen worden gedetecteerd. Over wormgaten heeft Ben Gilliland van CosmOnline een prachtige infografiek gemaakt en die zie je hieronder – dubbelklikken om ‘m te verinterstellariseren.

Credit: Cosmonline/Ben Gilliland

Bron: CosmOnline.

“Supermassieve zwarte gaten zijn eigenlijk wormgaten”

Zo is de ruimtetijd gekromd bij een wormgat. Credit: Internet Encyclopedia of Science

Twee Chinese natuurkundigen zijn met een nogal radicale theorie gekomen. Volgens hen zijn de supermassieve zwarte gaten die de ankers vormen van de meeste sterrenstelsels, helemaal geen zwarte gaten, maar (hou je vast): wormgaten! Nu hebben Chinezen wel meer maffe ideeën (die, toegegeven, niet zelden tot resultaat leiden) maar in dit geval hebben de heren natuurkundigen te veel opium gerookt, toch? Nou, niet noodzakelijk! In 1974 hebben sterrenkundigen een heldere radiobron ontdekt, een plek in het centrum van de Melkweg die de naam Sagittarius A (ja, mét sterretje!) heeft meegekregen. Na verdere studies zijn de heren wetenschappers unaniem tot de conclusie gekomen dat het om een zwart gat moest gaan. Het gedrag van sterren in die regio lijkt dat beeld te bevestigen. Er moet zich een ontzettend massief object bevinden op de plaats van Sagittarius A, met een geprojecteerde diameter van enkele lichtjaren. We kunnen Sagittarius A* natuurlijk niet echt zien, maar we kunnen wél het licht zien dat wordt uitgestoten door superverhitte gassen in de accretieschijf rondom het zwarte gat. Voorbij de binnengrens van deze schijf bevindt zich de zogenaamde waarnemingshorizon (Event Horizon), waarbinnen niets aan de zwaartekracht kan ontsnappen, zelfs niet het licht. Iets soortgelijks geldt natuurlijk ook voor wormgaten. Nu zijn wormgaten, net als zwarte gaten, eveneens objecten die gebaseerd zijn op de wetten van Einstein, ondanks het science-fiction geurtje wat eraan hangt. Allemaal leuk en aardig natuurlijk, maar hoe willen de bedenkers dit idee gaan bewijzen? Nou, daar hebben ze een test voor bedacht. Volgend jaar krijgt de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) in Chili er een nieuw instrument bij: GRAVITY. Hiermee zullen onderzoekers een ongeëvenaarde blik krijgen op het hart van ons melkwegstelsel, inclusief Sagittarius A*. Door te kijken naar de grootte van de omringende plasmaschijf kan worden vastgesteld of het om een zwart gat gaat, of om een wormgat. In het geval van een wormgat zal deze schijf namelijk behoorlijk kleiner zijn. Afwachten dus! Bron: arXiv.