Een belangrijke theoretische voorspelling over zwarte gaten, de zogenoemde geen-haar-stelling, stelt dat een geïsoleerd zwart gat is te beschrijven met maar drie getallen: massa, draaiing en lading. Alle andere eigenschappen, of ‘haren’, zijn irrelevant. Nu heeft een reeks gedetailleerde simulaties laten zien hoe zwarte gaten een magnetisch veld kunnen afwerpen om aan de geen-haar-stelling te voldoen.
Wanneer een zwart gat ontstaat uit een gemagnetiseerde ster, wordt het geboren met een magnetisch veld. Hoelang dat magnetisch veld blijft bestaan, is een open vraag. Eerder suggereerden wetenschappers dat het plasma rond zwarte gaten het magnetisch veld langer in stand kan houden dan verwacht. Dat zou dan een schending betekenen van de geen-haar-stelling.
Natuurkundige Ashley Bransgrove van de Columbia-universiteit in New York en collega’s gebruikten een reeks gedetailleerde computersimulaties om dit probleem op te lossen. ‘In het magnetische domein is dit de meest realistische test van het haarverbod tot nu toe’, zegt theoretisch astrofysicus Kyle Parfrey van Trinity College in de Ierse hoofdstad Dublin.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Allemaal weg
De onderzoekers simuleerden een roterend zwart gat omgeven door gemagnetiseerd plasma. Ze ontdekten dat de lijnen van het magnetisch veld bij elkaar kwamen bij de evenaar van het zwarte gat. Daar veranderden ze in gesloten lussen in een proces dat magnetische recombinatie wordt genoemd. Deze magnetische lussen, gevuld met plasma, lieten het magnetisch veld van het zwarte gat verdwijnen. Daardoor kwam er bij de evenaar ruimte vrij voor meer veldlijnen om samen te komen.
‘Veldlijnen bleven binnenstromen en deze lussen produceren. En dat bleef maar gebeuren tot ze allemaal weg waren’, zegt Bransgrove. ‘Sommige van deze lussen vlogen weg de ruimte in, andere vielen in het zwarte gat.’ Dit proces vond relatief snel plaats. Daardoor kon het zwarte gat zich aan de geen-haar-stelling houden.
Geen duivel
‘Natuurlijk geldt de oorspronkelijke geen-haar-stelling voor een zwart gat in een vacuüm’, zegt Bransgrove. ‘Maar we proberen dat over te brengen naar een wat realistischere omgeving. Voorlopig lijkt het erop dat de stelling zelfs werkt voor zwarte gaten die omgeven zijn door plasma, wat geldt voor veel échte zwarte gaten.’
Dit resultaat is niet echt verrassend, zegt natuurkundige Vitor Cardoso van de Universiteit van Lissabon in Portugal. ‘We hadden voorspellingen voor praktisch alles wat nu gerapporteerd wordt. Maar die voorspellingen waren schattingen die je op de achterkant van een envelop uitwerkt, en we weten allemaal dat de duivel in de details zit’, zegt hij. ‘In deze studie zijn de details uitgewerkt en er bleek geen duivel te zijn, wat geruststellend is!’
Dichter bij de echte wereld
Het nieuwe onderzoek helpt ons wel om het magnetische gedrag van zwarte gaten te begrijpen, zegt Cardoso. Inzicht in dit proces van het afwerpen van magnetische velden kan onderzoekers helpen zwarte gaten die net zijn ontstaan te vinden en te identificeren.
‘We kunnen nog niet met zekerheid zeggen of we dit in waarnemingen zien, maar er zijn hints’, zegt Bransgrove. Sommige enorme zwarte gaten zenden krachtige röntgenstralen uit die mogelijk worden aangedreven door magnetische recombinatie. Astronomen hebben echter nog niet de magnetische lussen vol plasma gezien die deze simulaties aandragen. Als we de röntgenstraling uit het hete plasma rond de grootste zwarte gaten kunnen waarnemen, kunnen we misschien bevestigen dat dit proces plaatsvindt. Dan komt de geen-haar-stelling weer een stapje dichter bij het beschrijven van de echte wereld.
