Nijmeegse Kennis: Simulaties van zwarte gaten

Nijmeegse Kennis: Simulaties van zwarte gaten

NIJMEGEN – Honderden wetenschappers zijn aan de Radboud Universiteit of Radboud UMC bezig met hun promotieonderzoek. In de serie Nijmeegse Kennis vertelt iedere week een promovendus over het eigen onderzoek.

Vandaag: Hoe ziet een zwart gat eruit?

Vorig jaar was het groot nieuws: er kwam voor het eerst een foto naar buiten van een zwart gat, gepresenteerd door Event Horizon Telescope, een groep samenwerkende onderzoekers van over de hele wereld. RU-promovendus en astrofysicus Thomas Bronzwaer weet er alles van.

Enorme zwaartekracht

Eerst even terug: wat is dat eigenlijk, zo’n zwart gat? In elk geval is onze eigen zon te klein om ooit een zwart gat te worden, maar de zon is wel een ster, en voor veel grotere sterren is het zwarte gat uiteindelijk wél hun eindstadium. Twee krachten houden sterren in balans, soms gedurende tientallen miljarden jaren. Bronzwaer vertelt: “zwaartekracht wil de ster ineen drukken tot een puntje, en hitte die een ster genereert met kernfusie en andere processen. Die maakt juist weer druk naar buiten toe.” De balans wordt verstoord als de brandstof voor de kernfusie opraakt. Dan kan het gebeuren dat de zwaartekracht zo sterk wordt, dat niets er meer aan kan ontsnappen. De ster implodeert tot een ontzettend zwaar maar ook oneindig klein punt. Daaromheen bevindt zich een zwaartekrachtveld. “Zwaartekracht die zó sterk is, dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen.” Dit noemen we een zwart gat.

Beluister hier het hele gesprek met Thomas Bronzwaer. Het artikel gaat daaronder verder.

Twee groepen onderzoekers

Doordat zelfs licht niet kan ontsnappen, kunnen we nooit zien wat zich precies afspeelt in een zwart gat, maar we kunnen wel de ‘schil’ zien. Bronzwaer: “Dat manifesteert zich als een soort donkere vlek, en die kunnen we waarnemen.” Dat is dan ook waar Bronzwaer en zijn collega’s mee bezig zijn. Hij deelt de onderzoekers van zwarte gaten in twee groepen in: “Je hebt de observationele tak, dat zijn de mensen die telescopen bedienen en weten hoe je data vergaart en bewerkt. En je hebt de theoretische tak, waar ik in zit. Wij maken op basis van de kennis die we hebben voorspellingen over hoe zo’n zwart gat eruit ziet.”

Die twee groepen hebben elkaar nodig, omdat het in beeld brengen van een zwart gat zo ontzettend moeilijk is: “Dat is natuurlijk ook logisch. Als een scherpe foto maken makkelijk zou kunnen, was het allang gedaan.” De foto’s die gemaakt kunnen worden op basis van de observaties zijn dus ook vaag (‘fuzzy’), wat het moeilijk maakt om er conclusies uit te trekken.

Simulaties

Bronswaer op zijn beurt maakt intussen simulaties, die gebruikt worden om die foto’s te interpreteren. Een voorbeeld: er is een foto van een zwart gat waarvan het de vraag is of er een magneetveld in de buurt is. Dan kunnen Bronzwaer en zijn collega’s twee gesimuleerde beelden maken: één waarin dat magneetveld er wel is, en één waarin het juist ontbreekt. De beelden maakt hij dan bewust net zo fuzzy als de echte opname. De beelden worden vervolgens vergeleken, “en wat je dan zou zien, is dat het er mét en zónder magneetveld heel anders uitziet. Zelfs op een fuzzy versie ervan kun je dat verschildan nog steeds heel makkelijk zien. Vervolgens kun je dan bijvoorbeeld concluderen: de observatie die we hebben gedaan lijkt heel erg op de simulatie zonder magneetveld, dus ik ga ervan uit dat er geen sterk magneetveld is bij de daadwerkelijke bron.”

Foto: Thomas Bronswaer

Voor jongeren die meer wil weten over zwarte gaten en andere sterrenkunde-onderwerpen, geven Bronzwaer en zijn collega’s er sinds drie jaar colleges over: “Op het niveau van de universiteit, maar zonder vaktaal, dus makkelijk te volgen.” Aanmelden voor zo’n college kan via sterrenkundeclubradboud.nl. Uiteraard vinden de colleges in deze tijd online plaats.

Thomas Bronzwaer hoopt op 17 december te promoveren.

Nu op radio RN7: {{ current_item.title }} {{ current_item.title }}
Straks:
{{ next_item.title }}
{{ next_item.title }}