‘Je hebt als wetenschapper toch een beetje alcohol nodig om alles te kunnen volgen, denk ik’, zegt Stefano Bellotti lachend. Hij is een postdoc aan de Leidse Sterrewacht en coördinator van Astronomy on Tap. Dat is een maandelijkse borrel waarbij sterrenkundigen op informele wijze vertellen over hun onderzoek of een ander onderwerp dat ze interessant vinden.

‘Tussen de twee lezingen wordt een spelletjesronde gehouden, meestal in de vorm van een pubquiz over hetzelfde onderwerp’, zegt Bellotti, die uitkijkt naar de editie van maandag, die in het teken staat van zwarte gaten en wordt georganiseerd in het Rijksmuseum Boerhaave, waar ook de expositie Dichterbij het zwarte gat is te zien.

‘Een zwart gat is het laatste stadium van de levensduur van een zeer zware ster. Tijdens die levensduur van een ster woedt er een constante strijd tussen de output van de thermonucleaire reacties die de ster aandrijven en de zwaartekracht. Als de ster niet meer genoeg energie kan produceren om tegenwicht te bieden aan de zwaartekracht implodeert hij. Wanneer de ster echt enorm zwaar is, ontstaat er een punt met een extreem hoge dichtheid. Dat heet een singulariteit en dat vormt een zwart gat.’

Erg mysterieus

We hoeven ons geen zorgen te maken, aldus Bellotti. ‘Zwarte gaten ontstaan alleen uit sterren die veel groter zijn dan de zon. Niet zozeer groot in omvang, maar vooral in massa.’ Overigens, speculeert de sterrenkundige: ‘Als de zon een zwart gat werd, zou de aarde er gewoon omheen blijven draaien, we zouden niet worden opgeslokt.’ Al leidt dat dan wel weer tot het probleem dat we dan geen licht en warmte van de zon meer hebben.

‘Zwarte gaten zijn erg mysterieus omdat ze een heleboel informatie kunnen verschaffen, maar het is lastig om aan die informatie te komen. De zwaartekracht rondom zwarte gaten is zo sterk dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen. En daarom zijn ze bijna niet te zien.

‘Al jaren hebben we alleen maar indirecte waarnemingen die ons iets kunnen vertellen over waar zwarte gaten zich bevonden en wat ze waren. Een zwart gat zelf is niet echt te zien, maar wat er omheen draait wel. Uiteindelijk kom je tot de conclusie: ‘O, deze ster beweegt niet zoals je zou verwachten, dus moet er wel iets onzichtbaars zijn dat ervoor zorgt dat hij op een bepaalde manier beweegt.’

Het feit dat ze onzichtbaar zijn, is niet de enige uitdaging voor onderzoekers. ‘Ze zijn ook ontzettend ver weg.’ Het dichtstbijzijnde zwarte gat bevindt zich in het centrum van ons sterrenstelsel. ‘Maar ook in andere stelsels komen zwarte gaten voor. De afstanden zijn enorm, en dat maakt ze nog moeilijker te zien omdat er materiaal tussen kan zitten waardoor je een vertekend of onscherp beeld krijgt.’

Dit verklaart waarom de eerste foto van een zwart gat pas in 2019 werd gemaakt, met de Event Horizon Telescope. Die is in beeld gebracht met behulp van een natuurkundig principe genaamd interferometrie. ‘Daarbij maak je gebruik van meerdere telescopen verspreid over de hele aarde. Door die te combineren, creëer je in feite een telescoop op wereldschaal. Dankzij deze geweldige internationale samenwerking hebben ze de foto kunnen maken.’

Het zwarte gat op de foto uit 2019 bevindt zich in het centrum van sterrenstelsel M87, op een afstand van 53,49 miljoen lichtjaar. Ter vergelijking: Sagittarius A*, het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel, ligt op slechts 26.000 lichtjaar afstand. Maar dat is nog steeds een enorme afstand, vooral als je bedenkt dat de rand van ons zonnestelsel maar twee lichtjaar van de zon is verwijderd.

Ruimtetijd

NASA’s ruimtesonde Voyager 1 – momenteel het verst van de aarde verwijderde object dat door mensen is gemaakt – zou er toch nog 30.000 jaar over doen om die afstand af te leggen.

Hoewel er veel uitdagingen zijn, is Bellotti ervan overtuigd dat het bestuderen van zwarte gaten zeker de moeite waard is. ‘Zwarte gaten kun je zien als kosmische laboratoria. Als je erin kijkt, krijg je een indruk van hoe extreem de omstandigheden zijn: extreme zwaartekracht, extreme dichtheid.’

‘Omdat zwarte gaten gebieden zijn met een hoge zwaartekracht, is er sprake van een extreme kromming van de ruimtetijd. Zwarte gaten kunnen ons dus inzicht geven in wat ruimtetijd eigenlijk is. Hoe het werkt, hoe het gevormd wordt, enzovoort.'

‘Zwarte gaten zijn ook een grensgebied wat betreft onze kennis van kwantummechanica en kwantumfysica op kleine schaal. Voor de gebieden rondom zwarte gaten moet je echt goed begrijpen hoe zwaartekracht werkt op kleine schaal. Er is veel discussie over hoe we de zwaartekracht kunnen beschrijven met de regels van de kwantumfysica. Dat is behoorlijk ingewikkeld. Zwarte gaten zijn echt een van de belangrijkste grensgebieden van de zuivere wetenschap.

‘Hoewel we zwarte gaten vaak als de stofzuigers van het heelal beschouwen, word je niet opgeslokt tenzij je voorbij een bepaalde grens komt. Als iets binnen een bepaalde afstand terechtkomt, wordt het in het zwarte gat gezogen, maar anders blijft het in een baan rond het gat draaien.

Beste ruimtefilm

‘Ze zijn er niet voor altijd. Ze krimpen in de loop van de tijd en worden alsmaar kleiner.’ Alleen: het verdampen van zwarte gaten gebeurt over een tijdsbestek dat langer is dan de huidige leeftijd van het universum.

Ook als sterrenkundige kan Bellotti genieten van zwarte gaten in fictie. ‘Interstellar is waarschijnlijk een van de beste ruimtefilms – misschien wel dé beste. Het is dan weliswaar sciencefiction, maar wetenschappelijk gezien klopt het wel. Een zwart gat binnengaan is een fascinerend idee juist omdat we niet weten wat er zou gebeuren; daar hebben ze dus goed op ingespeeld. Echt fantastisch.’

Astronomy on Tap
Maandag 25 november, 19:00-19:30
Rijksmuseum Boerhaave
De tentoonstelling Dichterbij het zwarte gat is te zien t/m 5 januari 2025