Dat blijkt uit een simulatie waarbij zwarte gaten werden gecreëerd die zich niet aan Einsteins wetten houden.

In zijn algemene relativiteitstheorie voorspelt Einstein het bestaan van superzware zwarte gaten, zoals het exemplaar dat zich in het hart van onze Melkweg bevindt. Maar er zijn ook alternatieve zwaartekrachtstheorieën waar net iets andere zwarte gaten uit rollen. Wetenschappers hebben nu berekend hoe die laatstgenoemde ‘alternatieve’ zwarte gaten er precies uitzien en deze vergeleken met de door Einstein voorspelde ‘normale’ zwarte gaten. En wat blijkt? In sommige gevallen zijn die ‘normale’ zwarte gaten die Einsteins algemene relativiteitstheorie onderschrijven nauwelijks te onderscheiden van de ‘alternatieve’ zwarte gaten die uit andere zwaartekrachtstheorieën voortkomen.

Implicaties
Het onderzoek heeft enorme implicaties voor het reeds lopende BlackHoleCam-project. Binnen dit onderzoeksproject proberen onderzoekers met behulp van de Event Horizon Telescope voor de allereerste keer om een foto van de schaduw van een zwart gat te maken (zie kader).

Alles wat te dicht bij een zwart gat in de buurt komt, verdwijnt in dat zwarte gat. Dat geldt ook voor licht. Het punt waarop materie niet langer aan de greep van het zwarte gat kan ontkomen, wordt de waarnemingshorizon genoemd. Alles wat deze denkbeeldige grens passeert, kan onmogelijk meer terugkeren. Dat maakt het ook zo lastig om een zwart gat in beeld te brengen: licht kan er wel binnengaan, maar komt er nooit meer uit. En dus is een zwart gat echt pikzwart. En toch is het, aldus onderzoekers, mogelijk om een zwart gat direct waar te nemen. En wel door de schaduw van de waarnemingshorizon te fotograferen.

Onderzoekers hopen dat die eerste beelden duidelijk maken of Einsteins theorieën ook daar, in zo’n extreme omgeving, standhouden. Maar de simulaties suggereren dat enige voorzichtigheid geboden is. “Het is een grote stap voorwaarts dat we nu eindelijk in staat zijn voor elke zwaartekrachttheorie te simuleren hoe zwarte gaten eruitzien en hoe ze materiaal aantrekken,” aldus onderzoeker Heino Falcke. “Het eerste doel van de Event Horizon Telescope is het waarnemen en bevestigen van de schaduw van een zwart gat – van welke soort dan ook. Dat kan nog steeds, maar wij kunnen zeker nog niet alle alternatieven uitsluiten. Einsteins theorie blijft favoriet, maar we moeten hem blijven testen.”

Over de simulaties
Zoals gezegd zijn de conclusies van de onderzoekers gebaseerd op de meest geavanceerde simulatie ooit. Daarbij bestudeerden de onderzoekers het materiaal dat vanuit de ronddraaiende accretieschijf op de zwarte gaten valt en berekenen ze de daarbij uitgezonden straling. Het licht dat in een zwart gat wordt gezogen, komt daar nooit meer uit. Maar sommige lichtdeeltjes kunnen worden waargenomen in de vorm van een ‘schaduw’ en de omvang en vorm van die schaduw wordt bepaald door de eigenschappen van het zwarte gat én de zwaartekrachttheorie. Eerdere studies hadden al meer inzicht gegeven in hoe het licht rond ‘alternatieve’ zwarte gaten werd afgebogen, maar nu zochten de onderzoekers – met behulp van een supercomputer die maandenlang aan het rekenen was – ook uit hoe het gas zich in alternatieve zwaartekrachttheorieën rond een zwart gat beweegt en waar het licht wordt uitgezonden. Dat daaruit blijkt dat ‘normale’ zwarte gaten in sommige gevallen – in ieder geval op het eerste gezicht – nauwelijks van ‘alternatieve’ zwarte gaten te onderscheiden zijn, geeft niet alleen aanleiding tot een voorzichtige interpretatie van de eerste beelden van de BlackHoleCam. Het onderzoek geeft ook richting aan vervolgonderzoek, aldus Falcke. “Met dit resultaat weten we nu hoe we de techniek die we momenteel gebruiken verder moeten ontwikkelen, om in de toekomst nog scherpere beelden te kunnen maken.”

Bovendien wil het niet zeggen dat het echt onmogelijk is om de zwarte gaten van Einstein te onderscheiden van de zwarte gaten die uit andere zwaartekrachtstheorieën voortkomen, benadrukt onderzoeker Michael Kramer. “De ambiguïteit tussen de verschillende theorieën zou je kunnen wegnemen door pulsars in de directe omgeving van het zwarte gat te vinden en hun baan heel precies te meten.” Op dit moment wordt er dan ook naar pulsars in de omgeving van het superzware zwarte gat in het hart van onze Melkweg gezocht.