Student sterrenkunde krijgt een 10 voor onderzoek naar chaotische zwarte gaten
De Leidse masterstudent Arend Moerman heeft een tien gekregen voor zijn afstudeeronderzoek naar de simulatie van de chaotische interacties van drie zwarte gaten. Uit de simulaties blijkt dat lichtere zwarte gaten elkaar meestal wegslingeren, terwijl zwaardere vooral samensmelten. Het onderzoek, een samenwerking tussen Leiden en Oxford, staat in het vooraanstaande vakblad Physical Review D.
Moerman deed een jaar lang onderzoek naar de dynamische interacties en botsingen tussen drie fictieve zwarte gaten. De interacties tussen drie lichamen zoals sterren, planeten of zwarte gaten zijn niet met een elegante formule te voorspellen. Moerman gebruikte daarom een computer die steeds voor een korte tijdspanne uitrekent wat er gebeurt en daarna die uitkomst weer gebruikt voor de volgende tijdspanne. Op eenzelfde manier doen computers ook weersvoorspellingen.
Uitgebreid met relativiteitstheorie
De computercode is een uitbreiding van de code die eerste auteur Tjarda Boekholt (University of Oxford, Verenigd Koninkrijk) en Leidse mede-auteur Simon Portegies Zwart in 2020 en 2018 gebruikten. De nieuwe, uitgebreide code houdt rekening met de relativiteitstheorie van Einstein. Dat is belangrijk omdat de relativiteitstheorie juist bij zware objecten zoals zwarte gaten, een grote rol speelt.
De onderzoekers varieerden de massa's van de drie elkaar beïnvloedende zwarte gaten. Ze begonnen met één keer de massa van de zon en gingen tot een miljard keer de massa van de zon.
Omslagpunt
Rond de tien miljoen zonsmassa's bleek er een omslagpunt te zijn. Zwarte gaten die lichter zijn dan ongeveer tien miljoen zonsmassa's slingeren elkaar in de simulaties vooral weg. Zwarte gaten die zwaarder zijn dan zo'n tien miljoen zonsmassa’s smelten samen. Eerst twee, later volgt dan het derde zwarte gat. De samensmelting komt doordat de zwarte gaten bewegingsenergie verliezen en dat komt weer doordat ze zwaartekrachtsgolven uitzenden.
‘Het werk van Arend heeft geleid tot een nieuwe inzichten in hoe zwarte gaten superzwaar worden,’ zegt Simon Portegies Zwart. ‘We zien in de simulaties dat zware zwarte gaten niet meer eindeloos om elkaar heen bewegen, maar dat ze, als ze voldoende zwaar zijn, nagenoeg direct op elkaar botsen.’
Naar hartenlust programmeren
Moerman zocht naar een afstudeeronderwerp op het raakvlak van sterrenkunde, wiskunde en computerwetenschap. Dat vond hij bij zijn begeleider Portegies Zwart. ‘Het programmeren trok mij aan. In het begin was het nog niet helemaal duidelijk wat ik moest doen,’ vertelt Moerman. ‘Ik moest de relativiteitstheorie in een bestaande code inbouwen, maar hoe en wat, stond nog niet vast. Maar dat maakte het juist leuk: ik had daardoor de vrijheid om te zoeken wat ik interessant vond en datgene te simuleren.’
Van sterrenonderzoeker tot sterrenchef
Een tien is prachtig, maar Moerman haalt de meeste voldoening uit het meer tastbare resultaat: ‘Een cijfer is een cijfer, het meest trost ben ik op ons verrichte onderzoek. Evengoed werd de tien wel uitgebreid gevierd met vrienden. ‘Het was een zware week,’ geeft hij lachend toe.
Moerman is inmiddels met een tweede afstudeeronderzoek begonnen. Dat gaat over DESHIMA, een Nederlands-Japanse spectroscoop op chipformaat. Na zijn master wil hij graag promoveren. ‘Ik heb wel interessante posities voorbij zien komen, en zelfs al een sollicitatie uitgestuurd.’ Maar ook als dat niet lukt, zijn er opties: ‘Ik werk nu als sous-chef in een restaurant. Als de wetenschap niets wordt, word ik gewoon chef-kok.’
Wetenschappelijk artikel
Dit artikel verscheen als persbericht op astronomie.nl