Detectie van zwaartekrachtgolven bevestigt de 'voorspelling' van Einstein en Hawking over zwarte gaten

Wetenschappers hebben zojuist het meest gedetailleerde zwaartekrachtgolfsignaal van een botsing van zwarte gaten vastgelegd. Daarmee bevestigen ze voor het eerst dat twee belangrijke voorspellingen van Einstein en Hawking over zwarte gaten kloppen.

Wanneer twee zwarte gaten samensmelten, creëren ze rimpelingen in de ruimte, zwaartekrachtgolven genaamd. Detectoren op aarde kunnen deze signalen opvangen, waardoor wetenschappers het heelal beter kunnen begrijpen. - Foto: Maggie Chiang/Simons Foundation

Zwarte gaten, 'kosmische monsters' met zwaartekrachten die zo sterk zijn dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen, zijn al lang een fascinerend onderwerp voor wetenschappers.

Hoewel zwarte gaten al meer dan een eeuw geleden hun opwachting maakten in de theoretische werken van Albert Einstein en in de 20e eeuw uitgebreid werden bestudeerd door Stephen Hawking, zijn ze nog steeds het minst toegankelijke onderwerp in het heelal vanwege hun 'onzichtbare' aard.

Zwaartekrachtsgolven: de sleutel tot onderzoek naar zwarte gaten

In 2015 registreerde het LIGO Gravitational Wave Observatory (VS) voor het eerst zwaartekrachtgolven: rimpelingen in ruimte en tijd, veroorzaakt door de botsing van twee zwarte gaten ver weg in het heelal. Deze ontdekking werd vergeleken met "het openen van een nieuw zintuig" om het heelal te observeren en bood tevens de mogelijkheid om theorieën over zwarte gaten direct te verifiëren.

De eerste gegevens zijn echter niet gedetailleerd genoeg om twee belangrijke voorspellingen te bevestigen.

Een daarvan is Einsteins Kerr-theorie . Volgens de algemene relativiteitstheorie kunnen zwarte gaten slechts door twee basiseigenschappen worden beschreven: massa en spin. Alle andere eigenschappen "verdwijnen" wanneer ze in een zwart gat vallen, bekend als de "no hair theorema".

De tweede is de oppervlaktestelling van Hawking. Stephen Hawking voorspelde in 1971 dat het oppervlak van de waarnemingshorizon van een zwart gat, de grens waaraan niets kan ontsnappen, in de loop van de tijd alleen maar gelijk kan blijven of kan toenemen, en nooit mag afnemen.

Dit wordt gezien als een principe dat vergelijkbaar is met de tweede wet van de thermodynamica, die stelt dat de entropie (de mate van wanorde) van het heelal altijd toeneemt.

Doorbraak na tien jaar

Volgens Sciencedaily heeft de internationale samenwerking LIGO-Virgo-KAGRA onlangs nieuwe onderzoeksresultaten gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters . Ze registreerden het meest gedetailleerde zwaartekrachtgolfsignaal ooit, afkomstig van de botsing van twee zwarte gaten (gebeurtenis GW250114), waarbij een gigantisch zwart gat ontstond met een massa van 63 keer die van de zon en een rotatiesnelheid van wel 100 keer per seconde.

Dankzij geavanceerde technologie hebben wetenschappers voor het eerst een "volledig beeld" gekregen van zowel vóór als na de fusie van twee zwarte gaten. Met deze gegevens hebben ze twee hypothesen tegelijk bevestigd:

Zwarte gaten worden inderdaad nauwkeurig beschreven door massa en spin, precies zoals voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie.

Het oppervlak van de gebeurtenissenhorizon neemt pas toe na de samensmelting, overeenkomstig de oppervlaktestelling van Hawking.

Einstein (rechts) en Hawking (links) hadden nauwkeurige inschattingen van de aard van zwarte gaten - Foto: MashableIndia

Van zwarte gaten tot de aard van het heelal

Het bewijs van de stelling van Hawking onthult een griezelige gelijkenis tussen zwarte gaten en thermodynamica. Met andere woorden, de toename van het oppervlak van een zwart gat is vergelijkbaar met een toename van de entropie, wat impliceert dat zwarte gaten mogelijk een "wiskundig venster" vormen naar ons begrip van de aard van ruimte, tijd en de grootste inspanning van de moderne natuurkunde: de vereniging van algemene relativiteit en kwantummechanica tot een theorie van kwantumzwaartekracht.

"Dit is het duidelijkste bewijs tot nu toe dat zwarte gaten in het heelal daadwerkelijk voldoen aan Einsteins theorie", aldus Maximiliano Isi, lid van het onderzoeksteam. "Het feit dat de oppervlakte van een zwart gat dezelfde wet volgt als entropie, heeft diepgaande gevolgen voor de aard van het heelal."

In het komende decennium zullen zwaartekrachtgolfdetectoren tien keer gevoeliger zijn dan nu. Er is een opvolger in aanbouw van de Laser Interferometer Space Antenna-telescoop, die belooft trillingen op te vangen van superzware zwarte gaten in het centrum van onze sterrenstelsels.

Meer dan 100 jaar nadat Einstein met wiskundige vergelijkingen het bestaan ​​van zwarte gaten voorspelde, en meer dan een halve eeuw nadat Hawking ze theoretisch bewees, begint de mensheid nu direct de signalen te 'horen' en 'zien' die hun gelijk bewijzen.

Zwarte gaten, die ooit alleen in wetenschappelijke boeken voorkwamen, worden langzaam 'echte' wezens voor de ogen van astronomen. Elk geregistreerd zwaartekrachtgolfsignaal is een stap voorwaarts in het helpen van de mens om het mysterieuze universum waarin we leven beter te begrijpen.

Terug naar het onderwerp

MINH HAI

Bron: https://tuoitre.vn/phat-hien-song-hap-dan-xac-nhan-tien-tri-cua-einstein-va-hawking-ve-ho-den-20250913075131812.htm