Als twee zwarte gaten samengaan, wordt de ruimtetijd daaromheen op een ingewikkelde manier gekromd. Wat er precies gebeurt, hebben Amerikaanse en Zuid-Afrikaanse wetenschappers nu gevisualiseerd.

“Ik heb nog nooit meegewerkt aan een paper waarin in feite alles nieuw is.” Veelbelovende woorden van theoretisch natuurkundige Kip Thorne, een van de auteurs van een net in Physical Review Letters gepubliceerd wetenschappelijk artikel. Het onderwerp van deze bepaald niet toegankelijke tekst: Thorne en collega’s hebben met behulp van computersimulaties vastgesteld hoe de ruimtetijd wordt vervormd als twee zwarte gaten samengaan. En daar hoeft het volgens de wetenschappers niet bij te blijven; hun methode is ook toe te passen op allerlei andere astronomische verschijnselen waarbij de zwaartekracht de ruimtetijd door de mangel haalt.

Donuts en tuinsproeiers

Centraal in het artikel staan zogenoemde tendexlijnen en vortexlijnen. Tendexlijnen geven de uitrekkende kracht weer die de gekromde ruimtetijd uitoefent op alles wat zich daarin bevindt, terwijl vortexlijnen een draaing veroorzaken. (Zoals Caltech het uitlegt in een persbericht: “Als het lichaam van een astronaut zich langs een vortexlijn bevindt, wordt het als een natte handdoek uitgewrongen.”) Plekken waar veel tendexlijnen bij elkaar komen, worden tendexes genoemd, terwijl de locaties waar vortexlijnen geconcentreerd zijn vortexes heten.

Gebruikmakend van deze concepten, blijkt dat de ruimtetijd rond twee zwarte gaten die frontaal op elkaar botsen een donutvormige structuur krijgt (zie het plaatje boven dit bericht, links). Maken de zwarte gaten daarentegen een spiraalbeweging naar elkaar toe, dan heeft het patroon meer weg van water dat uit een ronddraaiende tuinsproeier komt (rechts).

Gelanceerd gat

De nieuwe methode heeft in elk geval al één sterrenkundig probleem opgelost. Uit simulaties bleek in 2007 namelijk dat er bij het samengaan van zwarte gaten een stoot zwaartekrachtsgolven kan ontstaan die maar één kant op gaat. Het blijkt nu dat aan deze kant de vortexes en tendexes elkaar versterken, terwijl ze elkaar aan de andere kant uitdoven. Gevolg van dit verschijnsel is overigens dat het gecombineerde zwarte gat door het uitzenden van zwaartekrachtsgolven in één richting een ‘terugslag’ krijgt, die zo sterk kan zijn dat het gat wordt gelanceerd uit het sterrenstelsel waar het zich in bevindt.

Verder kan de vortexes-en-tendexes-aanpak experimenten als VIRGO en LIGO, die zoeken naar zwaartekrachtsgolven, vertellen wat voor waarnemingen ze precies mogen verwachten. Daarnaast is de methode toe te passen op allerlei andere sterrenkundige gebeurtenissen waarbij de ruimtetijd wordt vervormd. Niet zo vreemd dus dat de verantwoordelijke onderzoekers nu al druk bezig zijn met een hele rits vervolgartikelen over hetzelfde onderwerp. “Vortex- en tendexlijnen worden een standaardgereedschap voor alles wat met de algemene relativiteitstheorie te maken heeft”, meent Geoffrey Lovelace zelfs, een van de auteurs van het Physical Review Letters-artikel.

Bronnen: Caltech, ArXiv.org, Physical Review Letters

Beeld: The Caltech/Cornell SXS Collaboration