Drie onderzoekers denken een manier te hebben gevonden om te bepalen wat zich afspeelt op het randje van een zwart gat.

Wat gebeurt er met je als je in een zwart gat valt? Die vraag speelt al jaren de hoofdrol in een van de grootste debatten binnen de wetenschap. Het antwoord bepaalt namelijk welke steunpilaar van onze huidige natuurkunde ongeschonden overeind blijft: Einsteins algemene relativiteitstheorie of de quantummechanica. Amerikaanse en Iraanse wetenschappers denken nu een tipje van de sluier op te kunnen lichten – met dank aan de zwaartekrachtsgolven die samensmeltende zwarte gaten het heelal in sturen. Anderen zetten echter grote vraagtekens bij hun werk.

Muur van vuur

Maar even een stapje terug: hoe zat het ook alweer precies met zwarte gaten? Een zwart gat is een astronomisch object dat zo’n sterke zwaartekracht heeft, dat zelfs licht met zijn vaste snelheid van 300.000 kilometer per seconde niet snel genoeg gaat om eraan te ontsnappen. Aangezien niets sneller gaat dan het licht, betekent dit dat alles wat in een zwart gat belandt er in principe nooit meer uit kan komen.

Mocht je de pech hebben in een zwart gat te vallen, dan is het point of no return de waarnemingshorizon. Dit is een bolvormige schil rond het gat, die je kunt zien als het punt waarop de ontsnappingssnelheid van het zwarte gat gelijk is aan de lichtsnelheid. Bevind je je buiten deze schil, dan kun je nog aan de zwaartekracht van het gat ontsnappen – als je maar hard genoeg wegvliegt. Ben je eenmaal de waarnemingshorizon gepasseerd, dan ligt de ontsnappingssnelheid boven de lichtsnelheid en ben je dus onherroepelijk verloren.

De grote vraag is nu of je er zelf iets van merkt op het precieze moment waarop je deze horizon passeert. Volg je de relativiteitstheorie, dan is het antwoord ‘nee’. Maar, zo stelden wetenschappers een paar jaar geleden in een veelbesproken artikel: als je een aantal principes uit de quantummechanica serieus neemt, krijg je een heel ander scenario. Dan moet een zwart gat zijn omringd door wat ze een firewall doopten; een allesverzengende muur van vuur. Nogal een verschil.

Terugkaatsende golven

Maar hoe bepalen we dan of zwarte gaten zijn voorzien van firewalls of niet? Met gewone sterrenkundige observaties is dat lastig – maar vorig jaar kregen astronomen een alternatieve mogelijkheid aangereikt. Toen maakte het team achter het experiment LIGO namelijk bekend er als eerste in te zijn geslaagd zwaartekrachtsgolven waar te nemen; rimpels in de ruimtetijd, die onder meer worden uitgezonden door zwarte gaten die samensmelten. En aan die rimpels, zo claimen Jahed Abedi, Hannah Dykaar en Niayesh Afshordi, kun je zien of de horizon van een zwart gat al dan niet is omgeven door een firewall of iets dergelijks.

Zo’n firewall kun je zien als een soort spiegel, stellen Abedi, Dykaar en Afshordi. Zwaartekrachtsgolven die bij het samengaan van de zwarte gaten ontstaan, worden door de vuurmuur deels doorgelaten, deels teruggekaatst. De teruggekaatste golven bereiken vervolgens opnieuw de firewall. Weer passeert een deel de muur, en kaatst een deel terug. Enzovoort. Resultaat: de zwaartekrachtsgolven die bij de samensmelting ontstaan, worden gevolgd door een aantal steeds zwakker wordende echo’s. En nu komt het: de wetenschappers denken – tot hun eigen verbazing – dat soort echo’s daadwerkelijk te hebben gezien in de LIGO-data.

Pittige reactie

Maar zoals zo vaak bij dit soort nieuws is het belangrijk om niet te hard van stapel te lopen. Sowieso is het signaal nog te zwak om van een ontdekking te spreken; daarvoor zullen meer waarnemingen van zwaartekrachtsgolven nodig zijn. En zelfs als de observatie van Abedi, Dykaar en Afshordi overeind blijft, is niet duidelijk of ze nu tekenen zien van een firewall of van iets anders geks. Het ‘spiegelmodel’ is simpelweg niet precies genoeg om onderscheid te kunnen maken tussen verschillende scenario’s.

Daarnaast barstte er gelijk een discussie los. Twee weken nadat de drie onderzoekers hun verhaal online hadden gezet, publiceerde een groep Duitse concullega’s een pittige reactie. Volgens hen roepen de gebruikte methodes zoveel vragen op dat het bewijsmateriaal te dun is om er veel aandacht aan te besteden. Per mail laat Afshordi weten niet uit het veld te zijn geslagen: “We hebben alle punten van kritiek bekeken en die hebben nauwelijks effect op onze resultaten. De kans is nog steeds minder dan 1 procent dat de echo’s die we hebben gezien het gevolg zijn van toevallige ruis.”

Maar goed, ook dat zal vast niet het laatste woord over de kwestie zijn. Toch: het blijft een intrigerend nieuwtje. Deels omdat er natuurlijk een kansje is – hoe klein ook – dat we hier te maken hebben met een eerste barstje in Einsteins relativiteitstheorie. En deels als voorbeeld van hoe zwaartekrachtsgolven de wetenschap verder kunnen helpen waar de geijkte vormen van sterrenkunde bedrijven het af laten weten.

Bronnen: ArXiv.org (1), ArXiv.org (2), Nature News

Beeld: Alain R/CC BY-SA 2.5 Generic