In de nasleep van de historische aankondiging over de ontdekking van gravitatiegolven door een laserinterferometer bij het gravitatiegolfobservatorium (LIGO) vorige week, feliciteerde de Britse black-hole fysicus en theoreticus de door de VS geleide samenwerking en deelden ze hun opwinding over het belang van dit historische moment.
"Deze resultaten bevestigen enkele zeer belangrijke voorspellingen van Einstein's algemene relativiteitstheorie," vertelde Hawking aan de BBC. "Dit bevestigt direct het bestaan van gravitatiegolven."
Zoals duidelijk wordt, bevestigt de directe detectie van deze pulsaties in de ruimte-tijd Einstein's bekende algemene relativiteitstheorie. Maar ze openen ook onze ogen voor een voorheen onbekend 'donker' universum. Astronomie gebruikt het elektromagnetische spectrum (bijvoorbeeld zichtbaar licht, röntgenstralen, infrarood) om het universum te bestuderen. Maar objecten die niet uitstralen in het elektromagnetische spectrum worden niet opgemerkt. Nu weten we hoe we gravitatiegolven kunnen detecteren en er kan geen paradigmaverschuiving zijn in hoe we enkele van de meest energetische kosmische verschijnselen definiëren en bestuderen.
Animatie van twee samengevoegde zwarte gaten:
"Zwaartekrachtgolven bieden een geheel nieuwe manier om het universum te verkennen", aldus Hawking. "Het vermogen om ze te detecteren heeft een groot potentieel voor een revolutie in de astronomie."
Met de hulp van twee observatiestations van LIGO, gelegen in Louisiana en Washington, vonden natuurkundigen niet alleen zwaartekrachtsgolven. Door deze zwaartekrachtgolven vonden ze een duidelijker signaal dat heel nauw overeenkomt met het theoretische model van de fusie van zwarte gaten die zich ongeveer 1,3 miljard lichtjaren geleden van de aarde hebben voorgedaan. Al vanaf een voorlopige analyse van het resulterende zwart-gat-signaal, besefte Hawking dat het systeem lijkt op de theorie die hij in de jaren zeventig ontwikkelde.
"Deze ontdekking is de eerste ontdekking van het duale systeem van een zwart gat en de eerste observatie van het samensmelten van zwarte gaten," zei hij. "De waargenomen eigenschappen van dit systeem komen overeen met de voorspellingen over zwarte gaten die ik hier in 1970 in Cambridge maakte."
Hawking, misschien het best bekend om zijn werk over het samenvoegen van de kwantumtheorie met de zwartgatfysica, begrijpt dat zwarte gaten na verloop van tijd verdampen. Dit trekt hem ertoe aan om deel te nemen aan de fascinerende 'Firewall Paradox', die nog steeds door de gemeenschap van theoretische natuurkundigen heen rommelt. Maar hier keert hij zich om naar de stelling van zijn zwarte gat, die de basis vormde voor de 'tweede wet' van de mechanica van het zwarte gat. Deze wet stelt dat de entropie of het niveau van desorganisatie van informatie niet met de tijd kan afnemen in het black hole-systeem. Het gevolg van deze stelling is dat het de samenloop van twee zwarte gaten was op 14 september, namelijk dat het gecombineerde gebied van het uiteindelijke object "groter is dan de som van de gebieden van de oorspronkelijke zwarte gaten". Bovendien merkt Hawking op dat deze gravitatiegolf overeenkomt met de voorspelling op basis van de "hairlessness theorem" van zwarte gaten. Dit betekent dat een zwart gat kan worden beschreven door massa, elektrische lading en impulsmoment. Details over hoe dit signaal van de eerste zwaartekrachtsgolf uit een zwart gat overeenkomt met de theorie en complex zijn. Maar het is interessant dat de eerste ontdekking fysici al toestond een meerjarige theorie te bevestigen, die tot nu toe slechts observaties was die niet op feiten gebaseerd waren.
"Deze ontdekking is ook een mysterie voor astrofysici," zei Hawking. - "De massa van elk van de zwarte gaten is groter dan verwacht voor die objecten die worden gevormd door de gravitationele ineenstorting van de ster. Dus hoe zijn beide zwarte gaten zo groot geworden? ".
Deze vraag raakt een van de grootste mysteries rond de evolutie van een zwart gat. Momenteel worstelen astronomen om te begrijpen hoe zwarte gaten kunnen groeien en zo massief kunnen worden. Aan de ene kant van de schaal is er een "zwarte gat" stellaire massa, die zich vormt zodra een massieve ster supernova wordt, en we hebben ook voldoende bewijs voor het bestaan van supermassieve reuzen die in de centra van de meeste sterrenstelsels leven. Er is echter een discrepantie.
Hawking's originele interview:
Als zwarte gaten groeien door samen te voegen en stellaire materie te consumeren, dan moet dit het bewijs zijn van de aanwezigheid van zwarte gaten van alle groottes. Maar de "tussenmassa" van een zwart gat en zwarte gaten van enkele tientallen zonsmassa's in omvang, verbazen ons zelden, en zij stellen de theorie van de evolutie van zwarte gaten ter discussie. Op 14 september hebben we het signaal opgevangen van de samenvloeiing van twee zwarte gaten, 29 en 36 zonsmassa's groot. Maar, zoals Hawking opmerkte, hoe deze gaten kunnen samensmelten, geeft ons hints voor het onderzoeken van het proces van de groei van zwarte gaten.
Eén ding is duidelijk: dit is de eerste keer dat we direct bewijs hebben verkregen van het samensmelten van zwarte gaten, en dit is het belangrijkste mechanisme dat ten grondslag ligt aan de evolutie van de theorie van zwarte gaten. Dus we zijn op de goede weg.
