Astronomen van de Universiteit van Texas in Austin en Harvard University hebben een basisprincipe van zwarte gaten op de proef gesteld, wat aantoont dat materie volledig verdwijnt wanneer ze erin wordt getrokken. Hun resultaten vormen opnieuw een succesvolle test voor de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein.

De meeste wetenschappers zijn het erover eens dat zwarte gaten, kosmische entiteiten met zo'n grote zwaartekracht dat niets aan hun greep kan ontsnappen, zijn omgeven door een zogenaamde gebeurtenishorizon. Zodra materie of energie dicht genoeg bij het zwarte gat komt, het kan niet ontsnappen - het zal naar binnen worden getrokken. Hoewel algemeen aangenomen, het bestaan ​​van event horizons is niet bewezen.

"Ons hele punt hier is om dit idee van een waarnemingshorizon om te zetten in een experimentele wetenschap, en ontdek of gebeurtenishorizonnen echt bestaan ​​of niet, " zei Pawan Kumar, een professor in astrofysica aan de Universiteit van Texas in Austin.

Men denkt dat superzware zwarte gaten in het hart van bijna alle sterrenstelsels liggen. Maar sommige theoretici suggereren dat er in plaats daarvan iets anders is - geen zwart gat, maar een nog vreemder superzwaar object dat er op de een of andere manier in is geslaagd om de ineenstorting door de zwaartekracht te voorkomen tot een singulariteit omringd door een waarnemingshorizon. Het idee is gebaseerd op gewijzigde theorieën van de algemene relativiteitstheorie, Einsteins zwaartekrachttheorie.

Hoewel een singulariteit geen oppervlakte heeft, het niet-ingeklapte object zou een hard oppervlak hebben. Dus materiaal wordt dichterbij getrokken - een ster, zou bijvoorbeeld niet echt in een zwart gat vallen, maar raak dit harde oppervlak en word vernietigd.

Kumar, zijn afgestudeerde student Wenbin Lu, en Ramesh Narayan, een theoreticus van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, hebben een test bedacht om te bepalen welk idee juist is.

"Ons motief is niet zozeer om vast te stellen dat er een harde ondergrond is, " zei Kumar, "maar om de grens van kennis te verleggen en concreet bewijs te vinden dat echt, er is een waarnemingshorizon rond zwarte gaten."

Het team bedacht wat een telescoop zou zien als een ster het harde oppervlak van een superzwaar object in het centrum van een nabijgelegen sterrenstelsel zou raken:het gas van de ster zou het object omhullen, maandenlang schijnen, misschien zelfs jaren.

Toen ze eenmaal wisten waar ze moesten zoeken, het team heeft uitgezocht hoe vaak dit in het nabije heelal te zien is, als de theorie van het harde oppervlak waar is.

"We schatten de snelheid waarmee sterren op superzware zwarte gaten vallen, " zei Lu. "Bijna elk sterrenstelsel heeft er een. We hebben alleen de meest massieve beschouwd, die ongeveer 100 miljoen zonsmassa's of meer wegen. Er zijn er ongeveer een miljoen binnen een paar miljard lichtjaren van de aarde."

Vervolgens doorzochten ze een recent archief met telescoopwaarnemingen. Pan-STARRS, een telescoop van 1,8 meter op Hawaï, heeft onlangs een project afgerond om de helft van de hemel op het noordelijk halfrond te onderzoeken. De telescoop scande het gebied herhaaldelijk gedurende een periode van 3,5 jaar, op zoek naar 'transiënten' - dingen die een tijdje gloeien en dan vervagen. Hun doel was om transiënten te vinden met de verwachte lichtsignatuur van een ster die in de richting van een superzwaar object valt en een hard oppervlak raakt.

"Gezien de snelheid waarmee sterren op zwarte gaten vallen en de aantaldichtheid van zwarte gaten in het nabije heelal, we hebben berekend hoeveel van dergelijke transiënten Pan-STARRS had moeten detecteren gedurende een gebruiksperiode van 3,5 jaar. Het blijkt dat het er meer dan 10 had moeten detecteren, als de theorie van het harde oppervlak waar is, ' zei Lu.

Ze hebben er geen gevonden.

"Ons werk houdt in dat sommige, en misschien allemaal, zwarte gaten hebben waarnemingshorizonten en dat materiaal verdwijnt echt uit het waarneembare universum wanneer het in deze exotische objecten wordt getrokken, zoals we al tientallen jaren verwachten, " zei Narayan. "De algemene relativiteitstheorie heeft weer een kritische test doorstaan."

Nu stelt het team voor om de test te verbeteren met een nog grotere telescoop:de 8,4-meter Large Synoptic Survey Telescope (LSST, nu in aanbouw in Chili). Net als Pan-STARRS, LSST zal in de loop van de tijd herhaalde onderzoeken van de lucht maken, onthullende vergankelijkheden, maar met een veel grotere gevoeligheid.

Dit onderzoek is gepubliceerd in het juninummer van het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .