Wanneer twee zwarte gaten samensmelten, kan het resulterende zwarte gat razendsnel wegvliegen. Wetenschappers hebben nu ontdekt dat er wel een limiet zit aan die snelheid.
Voor zwarte gaten geldt een snelheidslimiet. Wanneer twee zwarte gaten samensmelten, kan het zwaardere zwarte gat dat door die fusie ontstaat door de energie van de botsing worden weggeblazen. Nu hebben wetenschappers achterhaald wat de hoogst mogelijke snelheid is die deze terugslag kan opwekken: zo’n 10 procent van de lichtsnelheid.
Terugslag
Wanneer zwarte gaten op elkaar botsen en samensmelten, stralen ze een deel van hun energie uit in de vorm van zwaartekrachtgolven. Dat zijn rimpelingen in het weefsel van de ruimtetijd.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Meestal worden deze golven in alle richtingen evenveel uitgezonden, maar onder sommige omstandigheden zijn ze asymmetrisch verdeeld. In dat geval wordt het resulterende zwarte gat in de tegenovergestelde richting van de zwaartekrachtgolven weggeslingerd, net zoals een geweer na een schot terugslaat.
Supercomputers
Onderzoekers Carlos Lousto en James Healy van het Rochester Institute of Technology in New York hebben dit proces 1381 keer gesimuleerd met behulp van supercomputers. Ze stelden de simulaties zodanig in dat die telkens het snelst mogelijke zwarte gat opleverden. Elke simulatie duurde ongeveer twee weken, zodat het hele onderzoek jaren in beslag heeft genomen.
De onderzoekers ontdekten dat, ongeacht de eigenschappen van de oorspronkelijke zwarte gaten, het uiteindelijke zwarte gat nooit sneller wegschoot dan met 28.500 kilometer per seconde. Dat is iets minder dan 10 procent van de lichtsnelheid.
‘In onze simulaties geven we de oorspronkelijke zwarte gaten wel hogere snelheden. Die naderen zelfs de lichtsnelheid’, zegt Lousto. ‘Maar de snelheid van het uiteindelijke zwarte gat is altijd minder dan 10 procent van de lichtsnelheid.’
Scheve vorm
De meest bepalende factor voor de snelheid van het uiteindelijke zwarte gat bleek de draaiing van de oorspronkelijke zwarte gaten. De hoogste snelheden werden bereikt wanneer de gesimuleerde zwarte gaten binnen hetzelfde vlak in tegengestelde richting van elkaar draaien. In dat geval heeft hun fusieproduct in eerste instantie een scheve vorm. Bij het terugklappen in zijn natuurlijke bolvorm stoot het zwarte gat allemaal zwaartekrachtgolven in één richting uit, zodat de terugslag maximaal is.
Dat dit proces zulke specifieke omstandigheden vereist, maakt de kans klein dat we ooit een zwart gat waarnemen dat zo snel beweegt. De twee oorspronkelijke zwarte gaten zouden daarvoor waarschijnlijk in verschillende richtingen rond een derde, nog groter zwart gat moeten draaien, zegt Lousto.
Wetenschappers begrijpen nog niet waarom deze snelheidslimiet bestaat. Er is weliswaar onderzoek gedaan naar de totale hoeveelheid energie die botsende zwarte gaten via zwaartekrachtgolven kunnen verliezen, maar niet naar de vraag of er een fundamentele limiet is aan hoe snel ze kunnen bewegen. Het valt nog te bezien of deze limiet uit de bekende natuurwetten kan worden afgeleid.
