Astronomen hebben onlangs het bestaan van ‘op hol geslagen’ zwarte gaten bevestigd: superzware objecten die met extreme snelheden uit sterrenstelsels worden geslingerd, waardoor ons begrip van het universum opnieuw vorm krijgt. Hoewel het idee ooit bizar leek, ondersteunt het verzamelen van bewijsmateriaal uit waarnemingen van zwaartekrachtsgolven en directe telescopische beeldvorming nu de realiteit van deze interstellaire projectielen.
De theoretische basis: draaiende zwarte gaten en het vrijkomen van energie
Het concept komt voort uit theoretisch werk uit de jaren zestig, met name de oplossingen van Einsteins algemene relativiteitsvergelijkingen door wiskundige Roy Kerr. Kerr’s werk onthulde dat draaiende zwarte gaten enorme hoeveelheden rotatie-energie kunnen opslaan – tot 29% van hun totale massa. Natuurkundige Roger Penrose toonde later aan dat deze energie vrij kan komen, wat betekent dat botsende zwarte gaten zich als een raket kunnen gedragen en het samengevoegde overblijfsel met ongelooflijke snelheden kunnen uitwerpen.
Supercomputersimulaties hebben bevestigd dat wanneer twee draaiende zwarte gaten botsen met verkeerd uitgelijnde assen, de resulterende zwaartekrachtsgolven ongelijkmatig worden uitgezonden, waardoor het uiteindelijke zwarte gat met snelheden van duizenden kilometers per seconde wordt voortgestuwd. Dit is niet alleen maar theorie; Waarnemingen van LIGO en Virgo hebben ‘ringdowns’ gedetecteerd – de karakteristieke trillingen van nieuw gevormde zwarte gaten – wat hun hoge spinsnelheden en potentieel voor dergelijke kicks bevestigt.
Bewijs uit zwaartekrachtgolven en telescopische waarnemingen
Aanvankelijk waren op hol geslagen zwarte gaten puur theoretisch. Waarnemingscentra voor zwaartekrachtgolven begonnen echter in 2015 de kenmerken van botsende zwarte gaten te detecteren, waarbij paren met willekeurig georiënteerde spins en aanzienlijke rotatie-energie werden onthuld. Dit suggereerde de mogelijkheid van snelle uitwerpingen.
De doorbraak kwam met directe observaties. Op hol geslagen zwarte gaten ontwrichten sterren en gas terwijl ze door sterrenstelsels reizen, en laten in hun kielzog “contrails” van nieuw gevormde sterren achter. Beelden van de James Webb Ruimtetelescoop hebben opvallend rechte strepen van sterren in verre sterrenstelsels onthuld, die overeenkomen met de voorspelde sporen van passerende zwarte gaten.
Eén studie, geleid door Pieter van Dokkum, documenteerde een 200.000 lichtjaar lange contrarail in een ver sterrenstelsel, consistent met een zwart gat met een massa van 10 miljoen zonsmassa dat zich met een snelheid van bijna 1.000 km/s voortbeweegt. Een andere ontdekking in sterrenstelsel NGC3627 suggereert een zwart gat met een massa van 2 miljoen zonne-energie dat zich met een snelheid van 300 km/s beweegt en een spoor van 25.000 lichtjaar aflegt.
Implicaties en toekomstige overwegingen
De bevestiging van op hol geslagen zwarte gaten voegt een nieuwe laag van complexiteit toe aan ons kosmische begrip. Hoewel de kans dat er één ons zonnestelsel binnendringt extreem klein is, betekent hun bestaan dat sterrenstelsels geen statische structuren zijn; ze kunnen dynamisch worden gewijzigd door deze snelle indringers.
Kleinere op hol geslagen zwarte gaten, voortgestuwd door vergelijkbare mechanismen, kunnen ook tussen sterrenstelsels reizen en zo bijdragen aan de voortdurende evolutie van het universum. De ontdekking van deze verschijnselen onderstreept dat het universum veel dynamischer en gewelddadiger is dan eerder werd gedacht.
Het bestaan van op hol geslagen zwarte gaten is een bewijs van de onvoorspelbare aard van extreme kosmische gebeurtenissen, waardoor het verhaal van ons universum rijker en spannender wordt.
