De Leidse masterstudent sterrenkunde Arend Moerman deed een jaar lang onderzoek naar de dynamische interacties en botsingen tussen drie, fictieve zwarte gaten. De interacties tussen drie lichamen zoals sterren of planeten of zwarte gaten zijn niet met een elegante formule te voorspellen. Moerman gebruikte daarom een computer die steeds voor een korte tijdspanne uitrekent wat er gebeurt en daarna die uitkomst weer gebruikt voor de volgende tijdspanne.
Uitgebreid met relativiteitstheorie
De computercode is een uitbreiding van de code die eerste auteur Tjarda Boekholt (University of Oxford, Verenigd Koninkrijk) en mede-auteur Simon Portegies Zwart (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden) in 2020 en 2018 gebruikten. De nieuwe, uitgebreide code houdt rekening met de relativiteitstheorie van Einstein. Dat is belangrijk omdat de relativiteitstheorie juist bij zware objecten zoals zwarte gaten, een grote rol speelt.
De onderzoekers varieerden de massa's van de drie elkaar beïnvloedende zwarte gaten. Ze begonnen met één keer de massa van de zon en gingen tot een miljard keer de massa van de zon.
Omslagpunt
Rond de tien miljoen zonsmassa's bleek er een omslagpunt te zijn. Zwarte gaten die lichter zijn dan ongeveer tien miljoen zonsmassa's slingeren elkaar in de simulaties vooral weg. Zwarte gaten die zwaarder zijn dan zo'n tien miljoen zonsmassa's gaan samensmelten. Eerst smelten twee zwarte gaten samen. Later volgt het derde zwarte gat. De zwarte gaten smelten samen omdat ze bewegingsenergie verliezen en dat komt weer doordat ze zwaartekrachtsgolven uitzenden.
"Het werk van Arend", zegt Simon Portegies Zwart, "heeft geleidt tot een nieuwe inzichten in hoe zwarte gaten superzwaar worden. We zien in de simulaties dat zware zwarte gaten niet meer eindeloos om elkaar heen bewegen, maar dat ze, als ze voldoende zwaar zijn, nagenoeg direct op elkaar botsen."
Moerman kreeg voor zijn afstudeeronderzoek een tien. Hij is inmiddels met een tweede afstudeeronderzoek begonnen. Dat gaat over DESHIMA, een Nederlands-Japanse spectroscoop op chipformaat.
Wetenschappelijk artikel
The relativistic Pythagorean three-body problem. Door: Tjarda C.N. Boekholt, Arend Moerman, Simon F. Portegies Zwart. Geaccepteerd voor publicatie in Physical Review D. (origineel | preprint)
English translation of this news item