Astronomen hebben rechtstreeks een superzwaar zwart gat waargenomen dat het weefsel van de ruimtetijd om zich heen verdraait, wat een eeuwenoude voorspelling uit de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein bevestigt. Het fenomeen, bekend als frame-dragging of het Lense-Thirring-effect, werd gedetecteerd in een ster die uit elkaar werd gescheurd door de zwaartekracht van het zwarte gat. Dit leverde ongekend bewijs op van hoe deze kosmische reuzen de werkelijkheid vervormen.
De wetenschap achter de ruimtetijd
Einsteins theorie uit 1915 stelde voor dat massa de ruimtetijd – het verenigde concept van ruimte en tijd – vervormt, waardoor ontstaat wat wij als zwaartekracht ervaren. Massievere objecten veroorzaken grotere vervormingen. In 1918 toonden Josef Lense en Hans Thirring wiskundig aan dat roterende massieve objecten de ruimtetijd zouden meeslepen met hun beweging, zoals een tol water trekt in een draaikolk. Dit effect is notoir moeilijk direct te meten.
Waarom dit belangrijk is: De bevestiging van het slepen van frames biedt een nieuw hulpmiddel voor het bestuderen van zwarte gaten. We kunnen nu hun draaiing onderzoeken, hoe ze materie verslinden (door getijdenverstoringsgebeurtenissen of TDE’s) en de krachtige energiestralen die ze uitstoten.
Wiebelend bewijs van een geweldig feest
De observatie concentreert zich op een getijdenverstoringsgebeurtenis (TDE), genaamd AT2020afhd, waarbij een ster zich te dicht bij een superzwaar zwart gat waagde. De zwaartekracht van het zwarte gat strekte de ster uit tot een streng materiaal – een proces dat ook wel ‘spaghettificatie’ wordt genoemd – voordat het werd geconsumeerd. Terwijl het stellaire puin in een accretieschijf rond het zwarte gat wervelde, merkte het team een ritmische schommeling op in de röntgen- en radio-emissies.
Deze schommeling, die zich elke twintig aarddagen herhaalde, was niet willekeurig. Het paste bij de verwachte signatuur van frame-slepen: het zwarte gat verdraaide letterlijk de ruimte eromheen.
Hoe de waarneming werd gedaan
Het team gebruikte gegevens van NASA’s Neil Gehrels Swift Observatory (röntgenobservaties) en de Karl G. Jansky Very Large Array (radiogolven) om de TDE te volgen. In tegenstelling tot eerdere TDE’s vertoonde AT2020afhd signaalveranderingen op korte termijn die niet konden worden verklaard door gewone energie-afgifte. Dit bevestigde het vermoeden van het team dat het zwarte gat de ruimte om zich heen sleepte.
“Onze studie toont het meest overtuigende bewijs tot nu toe van de Lense-Thirring-precessie… een zwart gat dat de ruimte-tijd met zich meesleept”, zegt Cosimo Inserra van de Universiteit van Cardiff. “Dit is een echt geschenk voor natuurkundigen.”
Gravitomagnetisme en toekomstig onderzoek
De ontdekking suggereert dat roterende massieve objecten een ‘gravitomagnetisch veld’ genereren, vergelijkbaar met hoe roterende geladen objecten magnetische velden creëren. Dit opent nieuwe wegen voor het begrijpen van de fysica van zwarte gaten en de extreme omgevingen eromheen. Verdere analyse zou ons begrip van frame-dragging en de implicaties ervan voor het universum kunnen verfijnen.
Samenvattend: De observatie van de ruimtetijd die wordt meegesleurd door een zwart gat is niet alleen een bevestiging van de theorie van Einstein, maar een cruciale stap in het ontrafelen van de mysteries van deze kosmische reuzen. Het biedt een nieuwe methode voor het onderzoeken van zwarte gaten, hun voedingsgewoonten en de gewelddadige processen die ze veroorzaken, en biedt dieper inzicht in de meest extreme fysica in de kosmos.
