Praktisch niets kan aan zwarte gaten ontsnappen. Toch zendt hun directe omgeving krachtige plasma- en energiestralen uit die tot de helderste fenomenen in het heelal horen. Mogelijk helpen vreemde deeltjes bij de vorming van deze straling door energie aan de zwarte gaten te onttrekken.
In het gebied rondom een zwart gat botsen snel bewegende fotonen op elkaar. Daarbij ontstaan paren van elektronen en hun anti-materiële tegenhangers: positronen. Samen vormen deze deeltjes een kolkend plasma. Kyle Parfrey van Lawrence Berkeley National Laboratory in Californië en zijn collega’s simuleerden de wisselwerking tussen deze deeltjes en het krachtige elektromagnetische veld dat zwarte gaten omringt.
Relativistische effecten
Wanneer een zwart gat ronddraait, vormt het magnetisch veld eromheen enorme in elkaar gedraaide strengen van veldlijnen die zich vanaf de draaias uitstrekken. Wanneer het veld naar buiten schiet, onttrekt het draaiingsenergie aan het zwarte gat. Dit geeft kracht aan de plasma- en energiestralen.
‘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.
De nieuwe simulaties van het gedrag van het plasma rond het zwarte gat zijn veel nauwkeuriger dan voorheen – en dat leverde een verrassing op. De onderzoekers ontdekten deeltjes rondom het zwarte gat die van veraf bekeken negatieve energie lijken te hebben, het vreemde gevolg van relativistische effecten. Wanneer deze deeltjes in het zwarte gat vallen, lijkt het alsof ze er negatieve energie aan geven. Het netto effect daarvan is dat ze energie uit het zwarte gat trekken en die aan de plasmastralen geven.
Plasma-aandrijving
‘Als je recht naast zo’n deeltje staat, zie je er niets bijzonders aan. Maar voor een waarnemer op afstand lijkt het alsof het deeltje negatieve energie heeft’, zegt Parfrey. ‘Daardoor krijg je de vreemde situatie dat als het in het zwarte gat valt, de massa en rotatie van het zwarte gat afneemt.’
De Britse wis- en natuurkundige Roger Penrose voorspelde deze eigenaardige deeltjes al in 1971, dus hun bestaan is niet schokkend. De ontzagwekkende hoeveelheid energie die ze volgens de simulaties kunnen onttrekken aan zwarte gaten is dat echter wel, zegt Parfrey. Die energie is vergelijkbaar met de energie die de in elkaar gedraaide magnetische velden opwekken, dus mogelijk zijn beide even belangrijk voor het aandrijven van de plasmastralen.
Het onderzoek is verschenen in Physical Review Letters.