Icon up Overzicht Volgende Icon right

Onderzoekers zwarte gaten winnen Nobelprijs voor de Natuurkunde 2020

Onderwerp: Astrofysica, Relativiteitstheorie (vwo), Sterrenkunde

Begrippen: Zwaartekracht, Massa

De Nobelprijs voor de Natuurkunde 2020 gaat naar een groep van drie wetenschappers, de Brit Roger Penrose, de Duitser Reinhard Genzel en de Amerikaanse Andrea Ghez. Zij hebben met hun onderzoek een belangrijke bijdrage geleverd aan de theorie van zwarte gaten en aan de ontdekking van het zwarte gat Saggitarius A* in ons eigen melkwegstelsel.

Winnaars Nobelprijs voor de Natuurkunde 2020

Figuur 1: Roger Penrose, Reinhard Genzel en Andrea Ghez ontvangen de Nobelprijs voor Natuurkunde 2020. Bron: © Nobel Media. Niklas Elmehed.

De onderzoekers die in 2020 de Nobelprijs voor de Natuurkunde in ontvangst nemen, hebben alle drie bijgedragen aan het onderzoek naar zwarte gaten. Een zwart gat is een extreem zwaar en compact object in het heelal dat zo veel zwaartekracht uitoefent op z’n omgeving, dat het alles uit die omgeving als het ware opslokt. Niets kan aan een zwart gat ontsnappen, zelfs licht niet.

Baanbrekend artikel

De Brit Roger Penrose krijgt de helft van de Nobelprijs, omdat hij met ingenieuze wiskundige rekenmethoden kon aantonen dat het bestaan van zwarte gaten direct is af te leiden uit Albert Einsteins algemene relativiteitstheorie. Al in 1965 – tien jaar nadat Albert Einstein was overleden – bewees Penrose dat zwarte gaten echt gevormd kunnen worden en onder welke condities dit gebeurt. Hij schreef er een baanbrekend artikel over, dat nog steeds gezien wordt als de belangrijkste bijdrage aan de algemene relativiteitstheorie sinds Albert Einstein. Hoewel Penrose bij de ontvangst van zijn Nobelprijs al flink op leeftijd is, is hij op dat moment nog steeds nauw betrokken bij het onderzoek.

Experimenteel bewijs zwart gat

De andere helft van de prijs gaat naar Reinhard Genzel en Andrea Ghez. Zij hebben met hun onderzoeksgroepen het experimentele bewijs geleverd dat er in het hart van ons melkwegstelsel een zwart gat bestaat: Saggitarius A*. Dit hebben zij gedaan door heel nauwkeurig de bewegingen van sterren om dit zwarte gat heen te meten. Het observeren van deze sterren was lastig, omdat er altijd veel verstoringen zijn die de signalen van lichtstralen afkomstig van de sterren vertroebelen.

Beweging sterren in kaart gebracht

De onderzoeksgroepen van Genzel en Ghez hebben veel werk verzet om te komen tot betere manieren om het onderscheidend vermogen en de gevoeligheid van meetapparatuur te vergroten, zodat ze het licht afkomstig van sterren goed konden waarnemen. Zo hebben ze uiteindelijk de banen van zo’n 30 sterren in ons melkwegstelsel in kaart kunnen brengen. Op basis hiervan hebben zij indirect het zwarte gat kunnen aantonen waar de sterren omheen bewegen en konden zij afleiden hoe groot het zwarte gat is: 4 miljoen keer de massa van de zon.

Passie voor heelal

Andrea Ghez is nog maar de vierde vrouw in de geschiedenis die de Nobelprijs voor de Natuurkunde ontvangt. Tot nu toe is 98% van de Nobelprijzen voor de Natuurkunde toegekend aan mannen. Andrea Ghez vertelt in een interview dat ze altijd al een passie heeft gehad voor het heelal en dat ze gedreven wordt door haar nieuwsgierigheid. Ze hoopt dat zij een voorbeeld kan zijn voor jonge mensen en vooral ook voor jonge vrouwen en dat zij hen kan inspireren om ook te kiezen voor de wetenschap.

Foto zwart gat

Toeval of niet: de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor onderzoek naar zwarte gaten komt een jaar nadat de eerste foto van een zwart gat is gepresenteerd. Dit was een foto van een zeer zwaar zwart gat uit het centrum van Messier 87. Bij dit onderzoek zijn ook meetgegevens verzameld over het zwarte gat waar Genzel en Ghez zich op richtten, Saggitarius A*. Het zou mooi zijn als deze meetgegevens ook zijn verwerkt tot een foto, zodat deze Nobelprijswinnaars hun onderzochte zwarte gat ook kunnen zien!