Primordiale zwarte gaten zijn al decennia een van de favoriete hypothesen van de astronomie - het hemelse equivalent van een 'misschien later' dat nooit echt arriveerde. Nu denken onderzoekers van de Universiteit van Miami dat een recente detectie van zwaartekrachtgolven deze oude objecten eindelijk uit het rijk van de theorie kan halen en in de categorie 'oh, dus daar heeft donkere materie zich verstopt'.
Primordiale zwarte gaten, voor wie niet op de hoogte is van de vroege kosmologie, zouden zijn ontstaan in de eerste fractie van een seconde na de oerknal, lang voordat de eerste sterren of sterrenstelsels hun zaakjes op orde hadden. In tegenstelling tot zwarte gaten die ontstaan door instortende sterren, kunnen deze hypothetische objecten variëren in grootte van iets kleins als een asteroïde tot veel grotere lichamen - eigenlijk de rommelzolder van het universum.
Hoewel nog nooit een primordiaal zwart gat is bevestigd, denken wetenschappers dat ze verschillende grote vragen over het universum kunnen beantwoorden. Een van de grootste is de aard van donkere materie, de onzichtbare substantie die ongeveer 85 procent van alle materie uitmaakt en de zwaartekracht levert die helpt sterrenstelsels bij elkaar te houden. Dus, weet je, nogal belangrijk.
'Wij geloven dat onze studie zal helpen bevestigen dat ze echt bestaan,' zei Nico Cappelluti, universitair hoofddocent aan de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Miami, verwijzend naar onderzoek dat hij deed met promovendus Alberto Magaraggia.
Hun werk bouwt voort op een mogelijke ontdekking gerapporteerd door de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), die eind vorig jaar een ongebruikelijk zwaartekrachtgolfsignaal detecteerde. Zwaartekrachtgolven zijn rimpelingen in de ruimtetijd, veroorzaakt door enkele van de meest gewelddadige gebeurtenissen in het universum, waaronder botsingen tussen zwarte gaten - eigenlijk het kosmische equivalent van een steen in een vijver gooien, als de steen een zwart gat was en de vijver de structuur van de werkelijkheid.
De meeste bekende zwarte gaten ontstaan nadat massieve sterren exploderen als supernova's. Hun massa's variëren typisch van enkele keren de massa van de zon tot miljarden zonsmassa's. Maar in november gaf LIGO een geautomatiseerde waarschuwing voor een fusie waarbij ten minste één object minder dan één zonsmassa leek te hebben. Zo'n klein zwart gat zou moeilijk te verklaren zijn via conventionele stellaire evolutie en zou in plaats daarvan kunnen wijzen op een primordiaal zwart gat - het astronomische equivalent van het vinden van een dinosauriërbot in je achtertuin.
Niet iedereen is overtuigd. Sommige astrofysici hebben gesuggereerd dat het signaal gewoon ruis kan zijn in de extreem gevoelige detectoren van LIGO, in plaats van bewijs van een opmerkelijke nieuwe ontdekking. Want soms is een blip gewoon een blip.
Cappelluti en Magaraggia stellen dat het gedetecteerde object het best kan worden verklaard als een primordiaal zwart gat dat ontstond in de dichte omstandigheden van het vroege universum, lang voordat sterren bestonden. Om dat idee te testen, schatten de onderzoekers hoeveel primordiale zwarte gaten er in de kosmos zouden kunnen bestaan en hoe vaak LIGO ze zou moeten detecteren. 'Onze resultaten zijn bemoedigend,' zei Magaraggia. 'We voorspellen dat sub-zonsmassa zwarte gaten zoals die LIGO mogelijk heeft waargenomen, inderdaad zeldzaam zouden moeten zijn, consistent met hoe zelden dergelijke gebeurtenissen tot nu toe zijn gezien.'
Hun bevindingen, gepubliceerd in The Astrophysical Journal, suggereren dat het mysterieuze LIGO-signaal geen conventionele astrofysische verklaring heeft en het meest consistent is met een primordiaal zwart gat. De studie 'suggereert dat de meest plausibele verklaring voor het LIGO-signaal, dat elke conventionele astrofysische verklaring mist, de detectie van een primordiaal zwart gat is,' zei Cappelluti. 'En ons onderzoek geeft aan dat deze primordiale zwarte gaten een aanzienlijk deel, zo niet alle, donkere materie zouden kunnen verklaren.'
Toch benadrukken beide onderzoekers dat één detectie niet genoeg is om de kwestie te beslechten. Voor nu moeten wetenschappers afwachten of LIGO en zijn internationale partners extra gebeurtenissen registreren die hetzelfde patroon volgen. 'LIGO pikte wat een zeer sterk bewijs is op'