Stel je een draaiend zwart gat voor dat zo kolossaal en zo krachtig is dat het fotonen, de basiseenheden van licht, trapt en duizenden lichtjaren door de ruimte stuurt. Wetenschappers maken het bekend in het tijdschrift Natuur Fysica vandaag de dag dat die goed bereisde fotonen nog steeds de handtekening dragen van die kolossale schok, als een vervorming in de manier waarop ze bewegen. De verstoring is als een lange afstandsraket vanaf het zwarte gat zelf, met informatie over de grootte en de snelheid van de spin.
De onderzoekers zeggen dat de geduwde fotonen de sleutel zijn tot het ontrafelen van de theorie die in de eerste plaats zwarte gaten voorspelt.
"Het is zeldzaam in algemeen-relativiteitsonderzoek dat een nieuw fenomeen wordt ontdekt dat ons in staat stelt de theorie verder te testen", zegt Martin Bojowald, hoogleraar natuurkunde aan Penn State en auteur van een Nieuws & Views artikel dat de studie begeleidt.
Zwarte gaten zijn zo zwaartekracht krachtig dat ze nabijgelegen materie en zelfs ruimte en tijd vervormen. Genaamd framedragging, het fenomeen kan worden gedetecteerd door gevoelige gyroscopen op satellieten, merkt Bojowald op.
Hoofdonderzoeksauteur Fabrizio Tamburini, een astronoom aan de Universiteit van Padova (Padua) in Italië, en zijn collega's hebben berekend dat roterende ruimtetijd een intrinsieke vorm van orbitaal impulsmoment kan onderscheiden van zijn draaiing. De auteurs stellen voor om dit te visualiseren als niet-vlakke golffronten van dit gedraaide licht als een cilindrische wenteltrap, gecentreerd rond de lichtbundel.
'Het intensiteitspatroon van gedraaid licht dwars op de straal vertoont een donkere vlek in het midden - waar niemand op de trap zou lopen - omgeven door concentrische cirkels', schrijven ze. "Het verdraaien van een pure [orbitale impulsmoment] modus is te zien in interferentiepatronen." Ze zeggen dat onderzoekers tussen de 10.000 en 100.000 fotonen nodig hebben om het verhaal van een zwart gat samen te stellen.
En telescopen hebben een soort van 3D (of holografisch) zicht nodig om de kurkentrekkers in de lichtgolven die ze ontvangen te kunnen zien, zei Bojowald: “Als een telescoop voldoende dichtbij kan inzoomen, kan men er zeker van zijn dat alle 10.000-100.000 fotonen afkomstig zijn van de accretieschijf in plaats van van andere sterren verder weg. Dus de vergroting van de telescoop zal een cruciale factor zijn. ”
Hij meent, op basis van een ruwe berekening, dat 'een ster als de zon zo ver weg als het centrum van de Melkweg minder dan een jaar zou moeten worden waargenomen. Het wordt dus geen direct beeld, maar je hoeft niet lang te wachten. ”
Co-auteur Bo Thidé, professor en programmadirecteur bij het Zweedse instituut voor ruimtefysica, zei dat een jaar conservatief kan zijn, zelfs in het geval van een kleine rotatie en een behoefte aan maximaal 100.000 fotonen.
'Maar wie weet,' zei hij. “We zullen meer weten nadat we verdere gedetailleerde modellering hebben gemaakt - en natuurlijk waarnemingen. Op dit moment benadrukken we de ontdekking van een
nieuw algemeen relativiteitsfenomeen waarmee we waarnemingen kunnen doen, waarbij we nauwkeurige kwantitatieve voorspellingen buiten beschouwing laten. ”
Links: Natuurfysica
