Echo's in zwaartekrachtgolfsignalen suggereren dat de waarnemingshorizon van een zwart gat ingewikkelder kan zijn dan wetenschappers momenteel denken.

Onderzoek van de Universiteit van Waterloo meldt de eerste voorlopige detectie van deze echo's, veroorzaakt door een microscopische kwantum "fuzz" die nieuw gevormde zwarte gaten omringt.

Zwaartekrachtgolven zijn rimpelingen in het weefsel van ruimte-tijd, veroorzaakt door de botsing van massieve, compacte objecten in de ruimte, zoals zwarte gaten of neutronensterren.

"Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie, niets kan ontsnappen aan de zwaartekracht van een zwart gat als het eenmaal een point of no return is gepasseerd, bekend als de gebeurtenishorizon, " legde Niayesh Afshordi uit, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde aan Waterloo. "Dit was lange tijd het begrip van wetenschappers totdat Stephen Hawking de kwantummechanica gebruikte om te voorspellen dat kwantumdeeltjes langzaam uit zwarte gaten zullen lekken, die we nu Hawking-straling noemen.

"Wetenschappers zijn niet in staat geweest om experimenteel vast te stellen of er materie ontsnapt aan zwarte gaten tot de zeer recente detectie van zwaartekrachtsgolven, " zei Afshordi. "Als de kwantumfuzz die verantwoordelijk is voor Hawking-straling inderdaad bestaat rond zwarte gaten, Zwaartekrachtsgolven kunnen er vanaf stuiteren, die kleinere zwaartekrachtsgolfsignalen zou creëren na de belangrijkste zwaartekrachtbotsingsgebeurtenis, vergelijkbaar met het herhalen van echo's."

Afshordi en zijn co-auteur Jahed Abedi van het Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Duitsland, hebben de eerste voorlopige bevindingen van deze zich herhalende echo's gemeld, experimenteel bewijs leveren dat zwarte gaten radicaal kunnen verschillen van wat de relativiteitstheorie van Einstein voorspelt, en een gebrek aan eventhorizons.

Ze gebruikten zwaartekrachtsgolfgegevens van de eerste waarneming van een neutronensterbotsing, geregistreerd door de LIGO/Virgo zwaartekrachtgolfdetectoren.

De echo's die zijn waargenomen door Afshordi en Abedi komen overeen met de gesimuleerde echo's die worden voorspeld door modellen van zwarte gaten die de effecten van kwantummechanica en Hawking-straling verklaren.

"Onze resultaten zijn nog steeds voorlopig omdat er een zeer kleine kans is dat wat we zien het gevolg is van willekeurige ruis in de detectoren, maar deze kans wordt kleiner naarmate we meer voorbeelden vinden, " zei Afshordi. "Nu wetenschappers weten waarnaar we op zoek zijn, we kunnen zoeken naar meer voorbeelden, en hebben een veel robuustere bevestiging van deze signalen. Zo'n bevestiging zou de eerste directe sonde zijn van de kwantumstructuur van ruimte-tijd."

De studie, "Echo's uit de afgrond:een sterk ronddraaiend zwart gat-overblijfsel voor de fusie van binaire neutronensterren GW170817, " werd gepubliceerd in de Tijdschrift voor Kosmologie en Astrodeeltjesfysica in november, en kreeg deze maand de eerste Buchalter Kosmologieprijs.