Lees hardop Op het spoor van zwaartekrachtvallen. Zwarte gaten zijn onverzadigbare klieren in de ruimte. Nieuwe waarnemingen tonen steeds meer van hun diversiteit en oorsprong. De kosmische stofzuigers beïnvloeden de evolutie van sterrenstelsels en kunnen letterlijk ruimte en tijd schudden. Niets kan hen ontsnappen, zelfs het licht niet. Desalniettemin hebben astronomen en natuurkundigen geen tekort aan verhelderende ontdekkingen. Nadat de kosmische maalstromen al tientallen jaren het onbetwiste domein van theoretici zijn, is er nu een stroom van waarnemingen. Ze hebben betrekking op eenzame, verborgen donkere, maar ook op brute energieslingers en gigantische massamonsters in het centrum van verre sterrenstelsels.
Stellaire zwarte gaten zijn zo zwaar als drie tot een paar dozijn zonnen, maar slechts een paar kilometer lang. Het is al lang bekend dat ze de lichamen zijn van uitgebrande, massieve sterren waarvan de kernen elkaar ondersteunen. De onderzoekers puzzelen nog steeds over de exacte processen. Het is bijvoorbeeld onduidelijk of een ster direct in een zwart gat kan instorten of eerst als een supernova explodeert. Aan de andere kant van het spectrum van kosmische maalstromen bevinden zich de galactische of superzware zwarte gaten. Ze wegen maar liefst een miljoen tot honderd miljard zonnen. Misschien heeft elke melkweg zo'n zwaar, donker hart. In de tussentijd zijn er steeds meer aanwijzingen dat deze centrale massaconcentraties de ontwikkeling van de Melkweg hebben beïnvloed en misschien zelfs in de eerste plaats zijn gestart. Het maakt niet uit hoe ze zijn ontstaan, de donkere 'harten' beïnvloeden de evolutie van sterrenstelsels, zoals de vorm en de sterformatie. Dus zwarte gaten zijn dichter bij ons dan we denken: als ze dat niet waren, zouden de kosmische omstandigheden zich heel anders hebben ontwikkeld, en dan zouden er waarschijnlijk helemaal geen mensen zijn. Het is verbazingwekkend dat een object kleiner dan het zonnestelsel een enorme melkweg van miljarden sterren kan beïnvloeden.
Sterren en galactische zwarte gaten zijn niet alles wat de natuur te bieden heeft in kosmische kolossen. Onlangs hebben verschillende Japanse en Amerikaanse onderzoeksgroepen onafhankelijk aanwijzingen gevonden dat er ook middelgrote zwarte gaten zijn - hemellichamen 100 tot 10.000 keer zwaarder dan de zon, maar kleiner dan onze maan. Ze verraden zichzelf door subtiele veranderingen in het röntgenspectrum van sterrenstelsels, die werden opgenomen met de Duitse röntgensatelliet Rosat en de Japanse ASCA. De botsing van stellaire zwarte gaten is de meest waarschijnlijke manier om middelgrote zwarte gaten te vormen. Hoewel een frontale botsing in de ruimte uiterst onwaarschijnlijk is. Maar de meerderheid van de sterren in het universum is niet alleen, maar draait rond een gemeenschappelijk focus in tweeën of drieën. Als ze voldoende massa hebben, storten ze aan het einde van hun leven in zwarte gaten die de kosmische dans voortzetten. Maar zwaartekrachtenergie gaat verloren. Dit energieverlies zet een spiraal van vernietiging in gang: de zwarte gaten komen dichterbij en botsen uiteindelijk. Natuurkundigen liggen al op de loer om deze kosmische schokken te meten. "Botsende zwarte gaten behoren tot de meest veelbelovende kandidaten voor het detecteren van zwaartekrachtsgolven", zegt Edward Seidel, professor aan het Max Planck Instituut voor zwaartekrachtfysica in Golm bij Potsdam. Met zijn collega's Bernd Brügmann en Werner Benger, evenals buitenlandse onderzoekers, heeft hij voor het eerst precies berekend wat er gebeurt bij een dergelijke botsing.
De berekeningen laten zien dat de event-horizonten van de zwarte gaten pinda-vormig vervormen voordat ze samenvloeien als twee druppels water. De sterkte van zwaartekrachtgolven neemt snel toe binnen een paar miljoensten van een seconde. Hun frequentie neemt ook snel toe. Twee zwarte gaten van 10 en 15 zonnemassa's, die op een afstand van ongeveer 50 kilometer in minder dan 0, 2 duizendste van een seconde in elkaar vallen, zenden ongeveer een procent van hun totale massa uit in de vorm van zwaartekrachtsgolven. "Dit is een gigantische hoeveelheid energie, die ongeveer duizend keer groter is dan de straling die onze zon heeft afgegeven in de loop van hun vijf miljard jaar leven", zegt Bernd Brügmann. Ten slotte vervagen, net als in een kerkklok, de vibraties geleidelijk aan, terwijl de horizon van de verenigde zwarte gaten weer een sferische vorm aanneemt.
Op aarde is natuurlijk nauwelijks iets te voelen van deze kosmische supercrashes. Maar met nieuwe gravitatiegolfdetectoren, die hun metingen in de komende maanden zullen beginnen, willen fysici de trillingen bewijzen. Het zal niet gemakkelijk zijn - maar dat is niet te verwachten van kosmische zwaargewichten.

=== Rüdiger Vaas

© science.de

Aanbevolen Editor'S Choice