Zwarte gaten en verborgen structuren: in de voetsporen van Einstein en Hawking

“Ik zit niet door een telescoop te turen, maar bestudeer zwarte gaten vanuit theoretisch standpunt”, zegt fysicus Bert Vercnocke, die doctoreerde over zwarte gaten en hun verborgen structuur.

Bert Vercnocke

© KU Leuven - Rob Stevens

Een zwart gat is een deel van de ruimte waaruit niets kan ontsnappen, zelfs het licht niet. Waarom is dat interessant voor een fysicus? “Zwarte gaten lenen er zich goed toe om de zwaartekracht te bestuderen. Dat blijft tot op vandaag de minst begrepen natuurkracht, ondanks de wetten van Newton en de relativiteitstheorie van Einstein. Vooral de zwaartekracht op zeer kleine schaal is moeilijk te beschrijven. We hebben op dit moment nog geen ‘kwantumgravitatietheorie’ die de zwaartekracht rijmt met de kwantummechanica, de theorie van de meest elementaire deeltjes.”

Een mogelijke kandidaat daarvoor is de snaartheorie, schetst Vercnocke: “De snaartheorie ziet de vele kleine deeltjes – zoals neutronen en protonen – als terug te brengen tot één soort bouwstenen: trillende snaartjes. Naargelang de energie waarmee ze trillen, kunnen ze zich vertalen naar kleine deeltjes, onder andere gravitonen ofwel zwaartekrachtdeeltjes. Zo slaat de snaartheorie de brug tussen kleine deeltjes en zwaartekracht. Het probleem van de snaartheorie is dat die met de huidige technologie – op die kleine schaal – nog niet te testen valt. Zwarte gaten bieden een mogelijkheid om ze op een theoretische manier te testen.”

In zijn doctoraatsonderzoek bouwde Vercnocke voort op het werk over kwamtumgravitatie van onder anderen Stephen Hawking: “Hij ontdekte dat een zwart gat niet helemaal zwart is, maar warmte uitstraalt en dus een temperatuur heeft. Die straling en temperatuur duiden op een interne structuur, maar dat viel niet te verklaren vanuit de theorie van Einstein.”

De snaartheorie kon de structuur van zwarte gaten wel beschrijven, maar ook daar is nog werk aan de winkel, legt Vercnocke uit: “De snaartheorie geeft nu alleen een verklaring voor supersymmetrische zwarte gaten: zwarte gaten met een gigantische hoeveelheid elektrische lading. Die zijn wiskundig eenvoudig, maar in realiteit hebben zwarte gaten geen lading. In mijn onderzoek probeer ik de theorie open te trekken naar zwarte gaten met minder lading. Het ultieme doel is om in de theorie tot zwarte gaten zonder lading te komen.”

Ilse Frederickx

Bert Vercnocke werkt momenteel als postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Amsterdam. Op 9 september 2014 ontving hij de prijs van de Academische Stichting Leuven. Klik hier voor interviews met de andere laureaten.