Wetenschappers hebben een interessant idee bedacht: ze denken eindelijk piepkleine, oerzwarte gaten te kunnen detecteren, doordat die een wiebel in de baan van Mars veroorzaken. Met de nieuwste technologie kan dit mogelijk worden waargenomen.
Dat stellen fysici van MIT in een nieuwe studie. Het zou de theorie bevestigen dat het grootste deel van de donkere materie in het heelal uit microscopisch kleine oerzwarte gaten bestaat. Dit zijn zwarte gaten die kort na de oerknal zijn gevormd. Ze zouden minstens een keer per tien jaar door ons zonnestelsel razen en dat zou die wiebeling in de baan van Mars veroorzaken.
Binnen seconde na Oerknal
“Na tientallen jaren van exacte metingen weten wetenschappers de afstand tussen de aarde en Mars op ongeveer 10 centimeter nauwkeurig”, zegt hoofdonderzoeker David Kaiser, hoogleraar natuurkunde aan MIT. “We maken gebruik van dit goed bemeten deel van de ruimte om te proberen die kleine wiebel te vinden. Als het lukt, zou het een goede reden zijn om vast te houden aan het idee dat alle donkere materie bestaat uit zwarte gaten die binnen een seconde na de Oerknal zijn ontstaan en al 14 miljard jaar door het universum zwerven.”
Donkere materie is een hypothetische vorm van materie die onzichtbaar is over het gehele elektromagnetische spectrum, maar waarvan wordt gedacht dat het overal doordringt in het universum en een zwaartekracht uitoefent die groot genoeg is om de beweging van sterren en sterrenstelsels te beïnvloeden.
Niets opgeleverd
Natuurkundigen hebben detectoren op aarde opgericht om te proberen donkere materie te spotten en de eigenschappen ervan vast te leggen. Voor het grootste deel gaan deze experimenten ervan uit dat donkere materie bestaat in de vorm van onbekende deeltjes die kunnen verstrooien en vervallen in waarneembare deeltjes. Maar tot nu toe hebben dergelijke zoektochten niets opgeleverd.
De afgelopen jaren heeft een andere mogelijkheid, die voor het eerst in de jaren zeventig werd geopperd, weer aan populariteit gewonnen: in plaats van in de vorm van deeltjes, zou donkere materie kunnen bestaan uit microscopisch kleine oerzwarte gaten die in de eerste momenten na de Oerknal zijn gevormd.
Gasbellen
In tegenstelling tot de astrofysische zwarte gaten die ontstaan door de ineenstorting van oude sterren, zouden oerzwarte gaten zijn gevormd door de ineenstorting van dichte gasbellen in het zeer vroege universum en verspreid naarmate het universum zich uitbreidde en afkoelde.
Deze oerzwarte gaten zouden een enorme hoeveelheid massa in een heel klein gebied hebben samengedrukt. De meesten zijn zo klein als een enkel atoom en zo zwaar als de grootste asteroïden. Het is denkbaar dat zulke kleine reuzen een zwaartekracht kunnen uitoefenen die ten minste een deel van de donkere materie kan verklaren.
Ludieke vraag
Voor het MIT-team riep deze mogelijkheid een ludieke vraag op met verstrekkende gevolgen. “Ik meen dat iemand me vroeg wat er zou gebeuren als een oerzwart gat door een menselijk lichaam zou gaan”, herinnert Tung zich, die snel berekende dat als zo’n zwart gat binnen 1 meter van een persoon zou langs schieten, de kracht van het zwarte gat die persoon 6 meter weg zou duwen in één seconde.
Een weinig realistische situatie, maar het bracht de onderzoekers wel op het idee om te schatten hoe een zwart gat dat langs vliegt grote hemellichamen zoals de aarde en de maan beïnvloedt.
Hun eigen ding
Het team berekende de frequentie waarmee een oerzwart gat door het zonnestelsel schiet, op basis van de hoeveelheid donkere materie die naar schatting in een bepaald deel van de ruimte aanwezig is en de massa van een voorbijgaand zwart gat, die in dit geval verondersteld werd net zo zwaar te zijn als de grootste asteroïden in het zonnestelsel.
“Oerzwarte gaten leven niet in het zonnestelsel. Ze stromen door het universum en doen hun eigen ding”, zegt medeonderzoeker Sarah Geller. “En de kans is groot dat ze ongeveer eens in de tien jaar door het binnenste van het zonnestelsel trekken.” Maar de onderzoekers ontdekten al snel dat elk effect op de aarde of de maan te onzeker was om aan een specifiek zwart gat te koppelen. Mars leek daarentegen een duidelijker beeld te geven.
Lichte afwijking
De onderzoekers ontdekten dat als een oerzwart gat binnen enkele honderden miljoenen kilometers van Mars passeert, dit een “wiebeling” zou veroorzaken, of een lichte afwijking in de baan van de rode planeet. Binnen een paar jaar na die ontmoeting zou de baan van Mars met ongeveer een meter zijn verschoven, een ongelooflijk kleine wiebel, aangezien de planeet meer dan 140 miljoen kilometer van de aarde verwijderd is. En toch kan hij worden gedetecteerd door de extreem nauwkeurige instrumenten waarmee we Mars tegenwoordig monitoren.
Mooie test
Maar de onderzoekers doen wel een heleboel aannames. Ze geven zelf ook toe dat als zo’n wiebeling wordt gevonden er nog veel werk nodig is om te bevestigen dat die is veroorzaakt door een voorbijtrekkend zwart gat en niet door een gewone asteroïde.
“Het is een heel mooie test die ze hebben voorgesteld. Hij kan ons vertellen of het dichtstbijzijnde zwarte gat dichterbij is dan we beseffen”, zegt Matt Caplan van de Illinois State University, die niet bij de studie betrokken was.
“Maar ik moet zeggen dat er ook een beetje geluk bij komt kijken. Of ze bij hun zoektocht een luid en duidelijk signaal vinden, hangt af van het exacte pad dat een zwervend zwart gat volgt door ons zonnestelsel. Nu ze dit idee met simulaties hebben gecontroleerd, komt het moeilijke deel: de echte gegevens controleren.”
