Wetenschappers die de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) gebruiken, hebben mogelijk het eerste oorspronkelijke zwarte gat (PBH) gedetecteerd, een type zwart gat waarvan wordt aangenomen dat het zich op de vroegste momenten van het universum heeft gevormd. Deze ontdekking zou, indien bevestigd, krachtig bewijs leveren voor een lang besproken onderdeel van de vroege kosmische geschiedenis en mogelijk licht werpen op de aard van donkere materie.
Wat zijn oorspronkelijke zwarte gaten?
De meeste zwarte gaten worden geboren uit de ineenstorting van massieve sterren, maar PBH’s zijn anders. Er wordt aangenomen dat ze binnen een fractie van een seconde na de oerknal zijn gevormd uit extreem dichte materiegebieden. In tegenstelling tot stellaire zwarte gaten hebben ze überhaupt geen ster nodig, waardoor ze overblijfselen zijn uit de kindertijd van het universum. Hoewel hun bestaan al tientallen jaren wordt geopperd, is concreet observationeel bewijs tot nu toe ongrijpbaar gebleven.
Het LIGO-signaal: een mogelijke doorbraak
Astrofysici Alberto Magaraggia en Nico Cappelluti analyseerden zwaartekrachtsgolfgegevens van LIGO, dat rimpelingen in de ruimtetijd detecteert die worden veroorzaakt door botsende zwarte gaten. Het signaal, aangeduid met S251112cm, suggereert een botsing waarbij een object betrokken is met een massa onder die van onze zon. Dit is ongebruikelijk: stellaire zwarte gaten zijn doorgaans meerdere malen zwaarder dan de zon. De lage massa maakt een PBH de meest waarschijnlijke verklaring.
“Het feit dat een van de botsende objecten zo klein was, is een sterke indicator”, legt Cappelluti uit. “Er wordt voorspeld dat oorspronkelijke zwarte gaten een veel lagere massa hebben dan die gevormd door supernova’s.”
Implicaties en toekomstig onderzoek
De potentiële detectie van een PBH is aanzienlijk omdat deze objecten een substantieel deel van de donkere materie kunnen bevatten, de mysterieuze substantie die 85% van de massa van het universum uitmaakt. Als PBH’s vaak genoeg voorkomen, zouden ze de ontbrekende massa kunnen verklaren waar astronomen naar op zoek zijn geweest.
“Het bevestigen van het bestaan van PBH’s zou een grote stap zijn in het begrijpen van de aard van donkere materie en het vroege heelal”, zegt Magaraggia.
Eén detectie is echter niet genoeg. Onderzoekers hebben meer signalen nodig om alternatieve verklaringen uit te sluiten en het bestaan van de PBH definitief te bevestigen. Gelukkig wordt LIGO voortdurend geüpgraded en zijn er nieuwe zwaartekrachtgolfdetectoren, zoals de LISA van de European Space Agency (lancering in 2035), in aantocht. Deze instrumenten zullen de kansen vergroten om meer PBH’s te spotten en hun rol in de kosmos te ontrafelen.
Waarom dit belangrijk is
De zoektocht naar PBH’s gaat niet alleen over het bevestigen van een theoretische voorspelling; het gaat over het begrijpen van fundamentele vragen over de oorsprong en samenstelling van het universum. Als deze zwarte gaten in grote aantallen voorkomen, zouden ze ons begrip van donkere materie, het vroege heelal en zelfs de vorming van sterrenstelsels kunnen herschrijven. De voortdurende verfijning van zwaartekrachtgolfobservatoria belooft ons dichter bij deze antwoorden te brengen.
