De zwarte gaten die de voor het eerst gemeten zwaartekrachtsgolven veroorzaakten, zijn wellicht weggeslingerd uit een stoeipartij van kosmische proporties.
Afbeelding: NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA
Zwaartekrachtsgolven zijn rimpelingen in het universum. Ze worden veroorzaakt door bewegingen van enorme objecten zoals zwarte gaten. In februari maakte het Ligo-team bekend voor het eerst zwaartekrachtsgolven te hebben gedetecteerd. Het signaal dat GW150914 wordt genoemd, suggereert dat twee zwarte gaten spiraalsgewijs met elkaar zijn versmolten. Dit gebeurde 1,3 miljard lichtjaar bij ons vandaan.
Simulatie
Je zou verwachten dat samensmeltende zwarte gaten uit dubbelsterren zijn ontstaan. Zwarte gaten ontstaan immers wanneer sterren door hun eigen gewicht instorten en dubbelsterren komen in het universum regelmatig voor. Dubbelsterren bevinden zich echter doorgaans niet dicht genoeg bij elkaar om later als zwarte gaten automatisch met elkaar te versmelten.
Onderzoekers denken dat gepaarde zwarte gaten in plaats daarvan kunnen ontstaan in bolvormige sterrenhopen. Carl Rodriguez van de Northwestern University in Evanston en zijn collega’s hebben nu gesimuleerd hoe het dubbele zwarte gat dat werd opgepikt door Ligo kan zijn ontstaan.
Stoeipartij
Dichte bolvormige sterrenhopen maken honderden of zelfs duizenden zwarte gaten. De zwaarste zwarte gaten trekken met enkele tientallen naar het midden. Daar razen ze rond, vormen ze paren en wisselen ze van partner tot uiteindelijk enkele zwarte gaten uit de chaos worden gegooid. Het proces herhaalt zich dan. ‘Wanneer ze elkaar eruit schoppen, beginnen de zwaarste zwarte gaten een nieuwe stoeipartij’, zegt Rodriguez.
De uitgeworpen zwarte gaten zitten zo dicht op elkaar dat ze op een dag kunnen botsen en zwaartekrachtsgolven kunnen veroorzaken, zegt Fredric Rasio van de Northwestern University.
Om erachter te komen hoe de zwarte gaten ontstonden die GW150914 veroorzaakten, simuleerde het team de evolutie van 48 bolvormige sterrenhopen. Deze sterrenhopen begonnen allemaal met ongeveer een miljoen sterren. Na 10 miljoen jaar vormden ze tussen 1500 en 3000 zwarte gaten. Hiervan vormden 262 zwarte gaten een dubbel zwart gat met vergelijkbare massa als het dubbele zwart gat dat het signaal GW150914 veroorzaakte. Slechts veertien hiervan waren uitgestoten op het juiste moment om hun samensmelten overeen te laten komen met de samensmelting die het signaal GW150914 veroorzaakte.
Drie zwarte gaten
Geen van deze veertien was ontstaan uit een dubbelster. In plaats daarvan ontstond het grootste deel hiervan door een dubbel zwart gat dat een enkel zwart gat tegenkwam, of door twee dubbele zwarte gaten die samenkwamen. Eén keer kwam het voor dat drie enkele zwarte gaten samensmolten.
De resultaten suggereren dat de oorsprong van GW150914 in een sterrenhoop ligt, maar vormen geen volledig bewijs. De simulaties sluiten niet uit dat een eenzaam sterrenpaar de zwarte gaten creëerde die zorgden voor GW150914, zegt Ligo-teamlid B.S. Sathyaprakash van de Cardiff University. ‘We hebben veel meer data nodig voordat we weten via welke weg de meeste dubbele zwarte gaten ontstaan’, zegt hij. ‘Eigenlijk zouden beide scenario’s kunnen werken.’
Draaiing
Een manier om onderscheid te maken tussen de twee modellen is kijken naar de draaiing van de zwarte gaten. Dubbele gaten die worden gevormd in sterrenhopen hebben een andere draaiing dan gaten die samen evolueerden.
Helaas kon het Ligo-team de draaiing van de zwarte gaten van GW150914 niet detecteren. Toekomstige signalen kunnen later een beter beeld geven. ‘Als je dit verschil kunt opmaken uit een zwaartekrachtgolf, heb je een sterke aanwijzing’, zegt Rasio.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: