Onderzoekers van de Lanzhou University hebben een theoretisch model gepubliceerd waarin een neutronenster intact blijft binnenin een zwart gat, zonder dat er sprake is van een singulariteit. De bevindingen, beschreven door universetoday.com, dagen het klassieke beeld uit dat alles wat een zwart gat binnengaat, wordt samengeperst tot een punt van oneindige dichtheid.
Het probleem met de singulariteit
De standaardverklaring voor wat er in een zwart gat zit, is al decennia lang de singulariteit: een punt waar de dichtheid oneindig wordt en de natuurkundige vergelijkingen ophouden te bestaan. Het is volgens wetenschapsjournalist Mark Thompson, die het onderzoek beschrijft, eerder een erkenning dat de natuurkunde geen antwoord meer heeft dan een echte verklaring.
Een neutronenster als kern
Chen Tan en Yong-Qiang Wang van de Lanzhou University hebben nu een alternatief doorgerekend. Hun model beschrijft een configuratie die ze letterlijk een "neutronenster in een zwart gat" noemen. Een neutronenster perst ongeveer een half miljoen aardmassa's samen in een bol met een doorsnede die vergelijkbaar is met de breedte van Manhattan. In de oplossing van Tan en Wang blijft zo'n ster intact binnen de waarnemingshorizon, met het oppervlak op 8,5 kilometer en de horizon die begint op 10 kilometer.
Donkere materie als sleutel
De basis voor het model ligt in een idee uit het voorgaande jaar. Bepaalde exotische vormen van donkere materie, gerangschikt in een halo met een specifieke relatie tussen druk en dichtheid, kunnen zwarte gaten produceren zonder singulariteit in het centrum. Deze zogenaamde "reguliere zwarte gaten" houden de vergelijkingen consistent tot in het centrum.
Tan en Wang onderzochten wat er gebeurt als een gewone neutronenster in zo'n halo wordt geplaatst. De uitkomst, berekend met de standaardvergelijkingen van stellaire structuur, is opmerkelijk. Onder een bepaalde halodichtheid gebeurt er weinig bijzonders: je krijgt een neutronenster met een donkere-materiewolk eromheen, enigszins afgeplat. Boven een bepaalde dichtheid stort het geheel in en bestaat er geen stabiele oplossing.
Een schil die de geometrie omdraait
Tussen die twee uitersten doet zich echter iets vreemds voor in de ruimte net buiten de ster. In een van hun modellen vormt zich een schil die loopt van ongeveer 10 tot 12 kilometer naar buiten, terwijl het oppervlak van de ster zelf op 8,5 kilometer ligt. Op dat punt draait de geometrie om en wordt die van een zwart gat-interieur. Het is dus een waarnemingshorizon, maar een die zich sluit over een ster in plaats van erdoor te worden gecreëerd. Binnenin gaat de neutronenster gewoon door: regelmatig, gestructureerd en volledig zonder singulariteit.
Donkere materie blijft ongrijpbaar
Het hele model hangt af van het bestaan van donkere materie, een substantie die nog nooit direct is geïdentificeerd. De Bullet Cluster, waar twee clusters van sterrenstelsels zijn gebotst en de massa zich heeft gescheiden van de zichtbare materie, wordt vaak aangehaald als indirect bewijs voor het bestaan van donkere materie, maar een directe detectie ontbreekt nog steeds.
De publicatie van Tan en Wang is een theoretische oefening, geen observatie. Toch biedt het een alternatief voor het onbevredigende antwoord dat de astrofysica tot nu toe moest geven op de vraag wat er zich binnen een zwart gat bevindt. Het idee dat een neutronenster als een soort kern in een zwart gat kan blijven bestaan, opent mogelijk nieuwe wegen voor het begrijpen van deze extreme objecten, al blijft het vooralsnog een wiskundige constructie die wacht op observationele bevestiging.