Nobelprijs Fysica naar onderzoek "donkerste geheimen van het universum": zwarte gaten

De Nobelprijs voor Fysica beloont dit jaar onderzoek naar wat het Nobelcomité de "donkerste geheimen van het universum' noemt.

Roger Penrose krijgt de helft van de prijs, de beide anderen delen de andere helft. De laureaten krijgen elk een oorkonde en een gouden medaille en delen een bedrag van 10 miljoen Zweedse kronen (bijna 1 miljoen euro).

Penrose krijgt de prijs voor zijn werk waarmee hij mathematisch bewezen heeft dat de vorming van zwarte gaten een 'robuuste voorspelling is van de algemene relativiteitstheorie' van Albert Einstein. Dat betekent dat in een universum waar de algemene relativiteitstheorie geldt, het onvermijdelijk is dat er zwarte gaten gevormd zullen worden. 

Penrose gebruikte ingenieuze wiskundige methodes om te bewijzen dat zwarte gaten een direct gevolg zijn van de algemene relativiteitstheorie.  Einstein zelf geloofde niet dat zwarte gaten, die superzware monsters die alles gevangen houden dat er in terecht komt, zelfs licht, echt bestonden. 

In januari 1965, tien jaar na de dood van Einstein, bewees Penrose dat zwarte gaten echt kunnen ontstaan en hij gaf er ook een gedetailleerde beschrijving van: in het centrum van een zwart gat zit een zogenoemde singulariteit waar al de natuurwetten niet langer gelden. 

Het baanbrekende artikel van Penrose wordt nog steeds beschouwd als de belangrijkste bijdrage aan de algemene relativiteitstheorie sinds Einstein, aldus het Nobelcomité. 

Toen Penrose zijn werk publiceerde, dachten veel wetenschappers nog dat zwarte gaten een theoretisch iets waren maar niet echt bestonden. Penrose bewees dat ze wel degelijk bestaan en dat men er naar op zoek moest gaan. 

En dat is wat Reinhard Genzel en Andrea Ghez gedaan hebben. Zij krijgen hun deel van de prijs omdat ze als eersten indirect een zwart gat hebben waargenomen, namelijk voor de ontdekking van een 'superzwaar compact object' in het centrum van ons sterrenstelsel, de Melkweg. 

Dat superzware compacte object is het superzware zwarte gat in het gebied waar ook de radiobron Sagittarius A* gevonden wordt.

Genzel en Ghez leidden elk een groep astronomen die zich concentreerden op het Sagittarius A*-gebied in het centrum van de Melkweg en ze brachten de banen van de meest heldere sterren die het dichtst bij dat centrum lagen, steeds preciezer in kaart. 

De metingen van de twee groepen stemden met elkaar overeen en ze vonden allebei een enorm zwaar, onzichtbaar object dat invloed uitoefende op de wirwar van sterren en dat maakte dat de sterren rondzoefden aan hallucinante snelheden. Uit de waarnemingen kon afgeleid worden dat het om een object moest gaan met een massa van zo'n 4 miljoen keer die van de zon. En ondanks zijn enorme massa moest dat object toch erg compact zijn, niet groter dan ons zonnestelsel. 

Genzel en Ghez werkten - niet samen maar apart - met de grootste telescopen ter wereld en ze ontwikkelden methodes om door de enorme wolken van stof en gas naar het centrum van de Melkweg te kijken. Ze haalden alles wat ze konden uit de bestaande technologie, verfijnden nieuwe technieken om te compenseren voor de vervormingen die de atmosfeer van de aarde veroorzaakt, bouwden nieuwe, unieke instrumenten en legden zich toe op langetermijnonderzoek.

Zo gaf hun pionierswerk ons het meest overtuigende bewijs tot nu toe voor een superzwaar zwart gat in het centrum van de Melkweg, zei het Nobelcomité. Dat is tot op heden immers de beste verklaring voor de fenomenen die ze waargenomen hebben. 

"De ontdekkingen van de laureaten van dit jaar hebben grenzen verlegd in de studie van compacte en superzware objecten", zei David Haviland, de voorzitter van het Nobelcomité voor Fysica. 

"Maar er blijven nog veel vragen in verband met deze bizarre objecten, vragen die om een antwoord smeken en die een motivatie vormen voor toekomstig onderzoek. Het gaat dan niet alleen om vragen over hun interne structuur, maar ook om vragen over hoe we onze theorie van de zwaartekracht kunnen testen in de onmiddellijke nabijheid van een zwart gat", zei Haviland. 

Roger Penrose werd in 1931 geboren in Colchester. Hij behaalde in 1957 zijn doctoraat aan de University of Cambridge en is momenteel professor emeritus aan de University of Oxford. 

Reinhard Genzel werd in 1952 geboren in Bad Homburg vor der Höhe. In 1978 haalde hij zijn doctorstitel aan de Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. Hij is directeur van het Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik en professor aan de University of California, Berkeley. Aan het Max-Planck-Institut gebruikte hij telescopen van het European Southern Observatory in Chili om het centrum van de Melkweg te bestuderen. 

Andrea Ghez werd in 1965 geboren in New York. Ze studeerde fysica aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en behaalde in 1992 haar doctoraat aan het California Institute of Technology. Ze gebruikte de geavanceerde Keck telescopen op Hawaï om gebieden waar sterren gevormd worden en het Sagittarius A*-gebied in het centrum van de Melkweg te bestuderen. Ze is professor aan de University of California Los Angeles.

Dit artikel is onder meer gebaseerd op een persbericht van het Nobelcomité voor Fysica.  

Bekijk hieronder het verslag uit "Het Journaal":