Een interstellaire missie om een zwart gat van dichtbij te bestuderen: sciencefiction of realiteit?

Zwarte gaten zijn een van de grootste raadsels van het heelal. Zelfs de meest briljante geesten van de moderne natuurkunde zijn er niet in geslaagd te ontrafelen wat er precies in hen gebeurt, waar een punt van oneindige dichtheid, bekend als de singulariteit , zich schuilhoudt. Evenmin is bekend wat er gebeurt wanneer ze hun grens, de zogenaamde waarnemingshorizon, overschrijden. Er zijn verschillende theorieën, maar vrijwel geen zekerheden. Bekend om een zwaartekracht die zo intens is dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen, vertegenwoordigen deze geesten van wat ooit reuzensterren waren veel meer dan mysterieuze kosmische objecten: ze zijn natuurlijke laboratoria voor het testen van de grenzen van de natuurkunde.

In deze context oppert de gerenommeerde theoretisch natuurkundige Cosimo Bambi , onderzoeker aan de Fudan Universiteit (Shanghai, China), een op zijn zachtst gezegd gedurfd idee: het sturen van kleine interstellaire ruimtevaartuigen naar het dichtstbijzijnde zwarte gat, met als doel gegevens uit de eerste hand te verzamelen en te verifiëren of wat Albert Einstein meer dan 100 jaar geleden voorspelde in zijn algemene relativiteitstheorie, ook onder extreme omstandigheden nog steeds geldig is. Zijn voorstel werd donderdag gepubliceerd in het tijdschrift iScience , onderdeel van de Cell Press-groep.

"Het is waar," begint Bambi via een videogesprek vanuit China, "het klinkt als sciencefiction, maar ik denk het niet. Het is iets realistisch, niet voor nu, maar voor de komende jaren." Het plan dat de natuurkundige schetst, is gebaseerd op een toch al riskante aanname: het bestaan van een zwart gat op 20 of 25 lichtjaar van de aarde. De eerste uitdaging zou zijn om het te vinden. Het is moeilijk om een van deze kosmische monsters in isolatie te detecteren, omdat ze geen licht of andere vormen van straling uitzenden, dus hun bestaan kan alleen worden afgeleid op basis van interacties met andere objecten, alsof het onzichtbare reuzen zijn. Het dichtstbijzijnde bekende object bevindt zich op 1560 lichtjaar van onze planeet. Maar Bambi benadrukt dat waarschijnlijkheid en het gebruik van radiotelescopen of de detectie van zwaartekrachtgolven kunnen helpen om er een dichterbij te vinden. Volgens de berekeningen van de auteur zou een nanosonde er dus 60 tot 75 jaar over doen om het zwarte gat te bereiken, en datatransmissie zou daar nog eens 25 jaar aan toevoegen. In totaal zou het project 80 tot 100 jaar duren.

Zodra die eerste uitdaging overwonnen is, begint de technologische race. Bambi's voorstel omvat het gebruik van nanocraft, minuscule speciale sondes van slechts een paar gram, uitgerust met alle benodigde instrumenten om metingen te doen, en zeilen die zouden worden voortgestuwd door krachtige laserstralen vanaf de aarde met een derde van de lichtsnelheid.

Dan komt de derde uitdaging: wat te doen als de missie eenmaal haar doel bereikt heeft. De natuurkundige stelt verschillende verificatieprocessen voor, waaronder het functioneren van de ruimtetijd rond het zwarte gat, het testen van het bestaan van de gebeurtenissenhorizon en het onderzoeken of de fundamentele constanten van de natuurkunde veranderen in de aanwezigheid van zulke intense zwaartekrachtvelden. Om dit te doen, denkt Bambi dat de ideale aanpak zou zijn om twee nanovaartuigen te sturen. Eén - laten we hem A noemen - zou op een bepaalde afstand blijven en de andere - B - in de gaten houden, die in een baan om het zwarte gat zou draaien en periodieke signalen zou uitzenden. De veranderingen in deze signalen zouden onthullen of de metriek de theoretische voorspellingen al dan niet volgt. Een tweede experiment zou het bestaan van de gebeurtenissenhorizon bestuderen. Ruimtevaartuig B zou richting het zwarte gat dalen en A zou meten hoe lang zijn signaal actief blijft voordat het verdwijnt.

En dat allemaal als het ruimtevaartuig erin slaagt de baan om de aarde te bereiken en zo'n vijandige omgeving te overleven. "Ik zeg niet dat het nu al mogelijk is, maar het verdient wel een discussie binnen de gemeenschap", legt de wetenschapper uit. Hij voegt eraan toe dat de kern van zijn idee is om zijn collega's te "stimuleren" en te testen of de pijlers waarop de moderne natuurkunde al meer dan een eeuw rust, nog steeds solide genoeg zijn.

Het oudste zwarte gat

"Uiteindelijk gaat het niet alleen om het beantwoorden van wetenschappelijke vragen , maar ook om filosofische vragen, zoals wat tijd precies is of de oorsprong van het heelal", benadrukt Bambi. Dit zijn mysteries die de huidige apparatuur niet kan oplossen, zelfs niet als ze het proberen. Sommige instrumenten zoals de James Webb-ruimtetelescoop blijven echter verrassingen opleveren. De nieuwste, deze week gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters , detecteerde het oudste actieve zwarte gat tot nu toe. Analyse van het licht uitgezonden door het CAPERS-LRD-z9-sterrenstelsel – gelegen op meer dan 13,3 miljard lichtjaar van de aarde – heeft wetenschappers in staat gesteld de vingerafdruk te vinden van een zwart gat dat 300 miljoen keer zo zwaar is als de zon, dat zich in het centrum ervan bevindt en daar al chaos veroorzaakte toen het heelal amper 500 miljoen jaar oud was.

Sommige van de hypothesen die in het Bambi-artikel worden aangehaald, zijn gebaseerd op bekende technologieën. Bijvoorbeeld het gebruik van nanovaartuigen die worden voortgestuwd door lichtbundels. In 2016 presenteerden Stephen Hawking en andere astronomen Breakthrough Starshot , een project om Alpha Centauri, het dichtstbijzijnde zonnestelsel, met behulp van deze apparaten te bereiken. Maar verder stonden de geraadpleegde experts nogal sceptisch tegenover Bambi's plannen.

"Dit project lijkt me niet realistisch", merkt Pablo Pérez González op, onderzoeker bij het Centrum voor Astrobiologie van het CSIC. De wetenschapper is het ermee eens dat de interesse in het van dichtbij bestuderen van een astronomisch object "buitengewoon" is vanwege de hoeveelheid informatie die ermee verkregen kan worden. "Het is alsof je een kat op een mobiele telefoon vergelijkt met het aanraken, ruiken of horen ervan", stelt hij. Maar hij is van mening dat de haalbaarheid moet worden overwogen en dat er een realistisch plan moet worden opgesteld voordat er overhaast theorieën worden geschreven. "Nadenken over zoiets is prijzenswaardig en interessant; het is alsof je van het lezen over een bezoek aan de maan in een boek van Jules Verne overgaat op het daadwerkelijk uitvoeren ervan. Maar is dat wetenschap?"

Carlos Barceló, onderzoeker in de groep theoretische natuurkunde aan het Instituut voor Astrofysica van Andalusië, wijst in dezelfde richting. "Ik denk dat het idee een geleide speculatie is. De onderzoeker is bekend op het gebied van zwaartekracht, dus hij weet echt waar hij het over heeft, maar zijn artikel is zeer speculatief", merkt hij op. Voor Barceló impliceert elk van de punten die in het Bambi-plan worden ontwikkeld een extreem hoog niveau van technologische ontwikkeling, waardoor het moeilijk is te voorspellen of het de komende 100 jaar levensvatbaar zal zijn. "De foutenmarges zijn enorm. Dit is meer geschikt voor een essay dan voor een wetenschappelijk artikel", reflecteert hij.

Bambi laat zich niet ontmoedigen. "In de wetenschap duren experimenten of ideeën vaak niet een generatie lang en duren ze vaak jaren", legt hij uit. Voor hem "is geluk de echte uitdaging in dit alles." Astrofysici weten niet waar het dichtstbijzijnde zwarte gat zich bevindt . "Als het 20 lichtjaar ver weg was, zou de missie mogelijk zijn; als het 40 of 50 lichtjaar was, zou het veel duurder en ingewikkelder worden en zou het project moeten worden stopgezet", stelt hij.

De ontdekking van zo'n nabijgelegen zwart gat zou al een grote doorbraak zijn en de interesse van de wetenschappelijke gemeenschap wekken om het te bestuderen. "De echte uitdaging is om collega's ervan te overtuigen dat dit de moeite waard is. Als er motivatie is, kan de technologie worden ontwikkeld", legt Bambi uit. In dit verband benadrukt Pérez González dat interstellaire missies naar nabije sterren "veel haalbaarder zijn" en dat "een deel van de door de auteur gepresenteerde doelstellingen kan worden gerealiseerd."

Barceló is het daarmee eens: "Het stimuleren van de ontwikkeling van microsatellieten die binnen een redelijker tijdsbestek naar verre oorden kunnen worden gestuurd, is zeer interessant en zal vroeg of laat worden ontwikkeld." Sterker nog, er wordt al onderzoek gedaan om microschepen, aangedreven door deze technologieën, naar planeten aan de rand van het zonnestelsel te sturen. "Dat lijkt me het meest haalbaar", voegt hij eraan toe.