Albert Einstein zou ervan gesmuld hebben. Zwarte gaten, zwaartekrachtslenzen en tijdrek – alle exotische aspecten van zijn relativiteitstheorie spelen een rol in de controversiële denkbeelden van de Schotse astrofysicus Mike Hawkins. En als Hawkins gelijk heeft, is meteen het raadsel van de donkere materie in het heelal opgelost. Wat wil je nog meer?
Die laatste vraag willen Neta Bahcall van de Princeton-universiteit en Piero Madau (Johns Hopkins University) maar wat graag beantwoorden. Wat ze nog meer willen? Overtuigender bewijsmateriaal. Betere statistische analyses. Meer waarnemingen. Mike Hawkins moet eerst z’n huiswerk maar eens doen.
Hawkins kijkt er niet van op. Hij is eraan gewend geraakt dat zijn ideeën niet altijd serieus genomen worden. Toch is hij ervan overtuigd dat zijn conclusies overeind blijven. Jarenlang onderzoek aan de helderheidsschommelingen van verre quasars heeft hem ervan overtuigd dat het heelal moet wemelen van kleine zwarte gaatjes, ontstaan tijdens de oerknal.
Mike Hawkins (niet te verwarren met de Britse natuurkundige Stephen Hawking) is verbonden aan het Royal Observatory of Edinburgh. Quasars vormen zijn specialisme. Quasars zijn de extreem heldere kernen van verre sterrenstelsels. Die stelsels bevatten waarschijnlijk superzware zwarte gaten, waar voortdurend materiaal in verdwijnt. In de directe omgeving van zo’n zwaar zwart gat wordt veel energie geproduceerd, en daardoor zijn quasars zichtbaar tot op miljarden lichtjaren afstand.
Quasars vertonen ook grote helderheidsvariaties. De korte-termijnschommelingen worden waarschijnlijk veroorzaakt doordat het zwarte gat de ene keer wat meer materiaal te verstouwen krijgt dan de andere keer. Maar de helderheidsvariaties op langere termijn (maanden tot jaren) zijn minder gemakkelijk te verklaren.
Hawkins denkt nu dat die lange-termijnvariaties helemaal niet in de quasars zelf ontstaan. Hij heeft van een paar honderd quasars het helderheidsverloop bijgehouden over een periode van ruim twintig jaar. Als de helderheidsschommelingen in de quasars zelf zouden ontstaan, zouden ze de effecten van ‘tijdrek’ te zien moeten geven. En dat doen ze niet.
Tijdrek (officieel tijddilatatie geheten) wordt voorspeld door Einsteins relativiteitstheorie. Kijk je als waarnemer naar een snel bewegend object, dan zie je de tijd daar trager verstrijken. Een klok aan boord van een vliegtuig tikt net iets langzamer dan een identieke klok op de grond, en een astronaut op weg naar de sterren wordt minder snel oud dan zijn tweelingbroer op aarde. Het effect is op overtuigende wijze aangetoond in proeven met een atoomklok aan boord van een Concorde.
Omdat quasars ver verwijderde sterrenstelsels zijn, bewegen ze met hoge snelheid van ons af, als gevolg van de uitdijing van het heelal. Hun ‘klok’ moet dus langzamer lopen, en hoe verder ze weg staan, des te sterker is dat tijdrekeffect. Je zou dus verwachten dat de helderheidsvariaties van de allerverste quasars gemiddeld gesproken wat trager verlopen dan van quasars op kleinere afstanden. Maar een uitgebreide statistische analyse van de waarnemingen laat daar niets van zien, aldus Hawkins. Zijn resultaten worden binnenkort gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters.
Als quasars geen tijdrek te zien geven, zijn er volgens Hawkins maar drie mogelijkheden: het heelal dijt niet uit (dat is voor een astronoom vloeken in de kerk), quasars staan veel dichterbij dan algemeen wordt aangenomen (een mogelijkheid die door vrijwel niemand serieus wordt genomen), of de lange-termijnvariaties hebben niets met de quasars zelf te maken, en ontstaan op een andere manier.
Hoe? Door zwaartekrachtslenzen, aldus Hawkins. Het licht van een ver verwijderde quasar kan afgebogen en versterkt worden door de zwaartekracht van een object dat zich tussen de quasar en de aarde bevindt. Zwaartekrachtslenzen worden ook door Einsteins relativiteitstheorie voorspeld, en de afgelopen decennia zijn er talloze ontdekt. Wanneer een zwak sterrtje – onzichtbaar vanaf de aarde – precies voor de verre quasar langs schuift, zie je de quasar in de loop van maanden of jaren wat helderder en daarna weer zwakker worden. En omdat het lenseffect niet op miljarden lichtjaren afstand plaatsvindt, is er ook geen sprake van tijdrek.
Op zich een aannemlijk verhaal. Maar aan de telefoon gaat Hawkins een stuk verder dan in zijn artikel voor The Astrophysical Journal Letters. Uit de frequentie en de grootte van de waargenomen helderheidsvariaties kun je eenvoudig berekenen om wat voor soort zwaartekrachtslenzen het moet gaan. Het blijkt dat ze gemiddeld een paar keer zo zwaar moeten zijn als de planeet Jupiter, dat ze overal in het universum moeten voorkomen (dus niet uitsluitend in sterrenstelsels), en dat ze enorm veel talrijker moeten zijn dan de sterren in het heelal.
‘De enige aannemelijke verklaring is dat het mini-zwarte gaten zijn,’ aldus Hawkins. ‘Volgens sommige theorieën moeten die ontstaan zijn tijdens de oerknal. Als er echt zoveel mini-zwarte gaten in het heelal voorkomen, bevindt de dichtstbijzijnde zich misschien op een afstand van niet meer dan tien lichtjaar.’
Neta Bahcall en Piero Madau zijn niet overtuigd van Hawkins’ gelijk. Madau denkt dat een omvangrijker en zorgvuldiger onderzoek alsnog het bestaan van tijdrek in quasars zal aantonen. En Bahcall snapt niet dat het artikel van Hawkins geaccepteerd is voor publicatie. ‘De oorspronkelijke waarnemingsgegevens komen er niet eens in voor, en Hawkins voert ook geen zorgvuldige foutanalyse uit,’ zegt ze.
En Hawkins zelf? Die geeft toe dat zekerheid een schaars goed is in de wetenschap. ‘Maar statistisch gezien is er volgens mij geen speld tussen te krijgen,’ zegt hij. ‘Een uitvoeriger onderzoek zal meer detailinformatie opleveren, maar ik ben ervan overtuigd dat de resultaten overeind blijven.’