Wie naar het recente wereldnieuws kijkt, kan soms het gevoel bekruipen dat we in een diep, zwart gat zijn afgedaald.

Sommige fysici spelen al langer met het idee dat zoiets misschien niet alleen in overdrachtelijke zin zo is, maar ook in werkelijkheid.

Zij denken dat het heelal gevangen zit in zo’n astronomisch monster, van de kleinste zandkorrel op aarde tot de grootste verzameling sterrenstelsels diep in het duister van de kosmos. Dat was bovendien altijd al zo: van onze kosmische geboorte, 13,8 miljard jaar geleden, tot het moment, in het hier en nu, dat u dit verhaal leest: alles speelde zich af binnen in dat zwarte gat.

Dat idee lag ruim een halve eeuw op de plank, maar krijgt nu plots weer aandacht. Aanleiding zijn twee vakartikelen: de eerste, onlangs verschenen in het statige blad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, beschrijft hoe waarnemingen met ruimtetelescoop James Webb, het paradepaardje van de astronomie, hebben aangetoond dat sterrenstelsels vaak één bepaalde kant op draaien. De tweede, onlangs gepubliceerd in het vakblad Physical Review D, probeert het idee dat het heelal zich in een zwart gat bevindt theoretisch steviger te stutten.

Het leidde tot enthousiaste berichten in de pers, zoals het clickbaiterige ‘Zit ons universum gevangen in een zwart gat? Deze ontdekking van ruimtetelescoop James Webb zal je versteld doen staan!’ op Space.com.

Voorbij de horizon

Die aandacht is begrijpelijk, schreef kosmoloog Paul M. Sutter van de Johns Hopkins-universiteit in een beschouwing voor tijdschrift Scientific American. ‘Zulke onthullingen zouden ongelofelijke mogelijkheden openen voor nieuw onderzoek (...) En op z’n minst zou het voor de meesten van ons erg leuk zijn om er tijdens een afspraakje over te praten.’

Als de voorstanders gelijk hebben, gebeurde alles dat er ooit toe deed in het binnenste van een zwart gat, een gestorven ster met een zodanig groteske zwaartekracht dat voorbij de horizon niets nog aan zijn aantrekking kan ontsnappen, zelfs het licht niet.

Dat deed fysici aan het heelal denken. Wie dieper de ruimte in kijkt, kijkt steeds verder terug in de tijd. Licht van objecten doet er dankzij de eindige lichtsnelheid even over om ons te bereiken. Objecten die voldoende ver staan, zijn daardoor effectief onzichtbaar: de tijd die het licht nodig heeft om de tussenliggende afstand te overbruggen, is dan groter dan de leeftijd van het heelal.

Die waarneemgrens noemen astronomen ook wel de horizon, net als bij een zwart gat dus. Wat nu, dachten sommige fysici, als die twee ook echt op elkaar lijken?

Matroesjka’s

In 1972 verscheen daarover in het vakblad Nature een artikel met de simpele titel Het universum als een zwart gat. “Wiskundig is dat idee in orde”, zegt theoretisch natuurkundige Jan Pieter van der Schaar van de Universiteit van Amsterdam. “En het resultaat spreekt tot de verbeelding. Het levert een soort evolutionair proces op waarbij in elk zwart gat een nieuw heelal ontstaat”, zegt hij.

Ons heelal zit in dat geval in het binnenste van een zwart gat in een ander heelal, terwijl op hun beurt in de zwarte gaten in ons eigen heelal ook weer nieuwe heelallen zijn ontstaan. “Dit voorstel leidt dus tot heelallen, allemaal gelegen in het binnenste van zwarte gaten, op verschillende niveaus, als een soort Russische matroesjka’s.”

Dat zou ook kunnen helpen bij het beantwoorden van de vraag waarom ons heelal zo perfect lijkt afgesteld. Dat wil zeggen: waarom het precies die natuurkunde bevat die ertoe leidt dat planeten kunnen samenklonteren, en dat daarop chemische processen kunnen ontstaan wier gepruttel de basis vormt voor het ontstaan van leven. “Dat is minder gek als er oneindig veel heelallen zijn. Ook daarom kan dit aantrekkelijk zijn”, zegt hij.

Tot voor kort was het idee van een heelal in een zwart gat desondanks niets meer dan een curiositeit. Ook andere theoretische opties, zoals het bestaan van een zogeheten multiversum, waarbij ons heelal er slechts eentje is in een (schier) eindeloze verzameling parallelle universa, tackelen volgens sterrenkundigen het probleem van de perfecte afstelling.

De ontdekking dat sterrenstelsels bovengemiddeld vaak één kant op draaien, bracht daar verandering in. “Superinteressant”, oordeelt Van der Schaar over dat resultaat. Op voorhand zou je verwachten dat als het heelal stilstaat, sterrenstelsels net zo vaak de ene als de andere kant opdraaien.

Omdat zwarte gaten zelf meestal draaien, zou het logisch zijn dat ons heelal daarvan een zwiep meekrijgt, als het zich althans binnen in zo’n zwart gat bevindt, en dat sterrenstelsels daardoor een voorkeursdraairichting krijgen, zo redeneren de onderzoekers.

Maar daarmee, zegt Van der Schaar, verklaar je nog niet een andere opvallende bevinding uit datzelfde onderzoek: dat die voorkeursrichting in lijn ligt met het vlak waarin de Melkweg zich bevindt. “Dat zou dan puur toeval moeten zijn”, zegt hij. “En dat vind ik niet zo waarschijnlijk.”

Er bestaan bovendien ook ándere verklaringen voor zo’n draairichting van het heelal, nog afgezien van de optie dat er in de James Webb-resultaten een systematische meetfout is geslopen.

“De vraag of het universum een kosmologische draaias heeft, speelt al heel lang in de theoretische natuurkunde”, zegt Van der Schaar. In hun artikel sommen de auteurs een aantal van die alternatieve opties op, theorieën die bekend staan onder esoterische namen als ‘isotropische inflatie’ en ‘het ellipsoïde universum’.

Krimpend heelal

Zelfs als het zwartegatuniversum van al die opties de waarschijnlijkste verklaring zou zijn – en dat is niet zo, denkt Van der Schaar – dan nog resteren er de nodige theoretische haken en ogen.

“In een zwart gat verwacht je vanuit de achterliggende wiskunde een krimpend universum, terwijl wij in een uitdijend heelal wonen. Hoe je het ene kunt ombuigen in het andere, dát is niet duidelijk”, oordeelt hij. “Je moet jezelf in behoorlijk wat bochten wringen om dat voor elkaar te krijgen.”

Toch liggen daarvoor wel opties op tafel. Zo beschreven onderzoekers in 2010 in het vakblad Physics Letters B dat zo’n krimpend heelal in het binnenste van een zwart gat kan ‘stuiteren’ en van richting kan veranderen, zodat het gaat uitdijen.

Projecteer dat idee op wat kosmologen begrijpen van de geschiedenis van het heelal, zo schrijven ze, en je kunt zelfs het idee overboord gooien van de zogeheten kosmische inflatie: het duizelingwekkende voorstel dat het heelal kort na de oerknal een fractie van een seconde lang sneller dan het licht aan omvang won.

Waar de meeste theoretici inflatie zien als dé oplossing om de vroegste momenten van de kosmos te doorgronden, zien anderen die optie bovenal als een lelijke pleister op de verder zo elegante vergelijkingen van Einstein. Voor hen is het iets dat je alleen al vanuit zulke schoonheidsoverwegingen uit het kosmologisch handboek zou willen schrappen.

Het recente artikel van theoretici in Physical Review D borduurt vervolgens voort op dat idee uit 2010, door de theorie van destijds ook aan de kwantumfysica te lijmen, de natuurkundetheorie die de werkelijkheid op het fijnmazigste niveau beschrijft. Het resultaat is iets dat het effect van inflatie oplevert, zonder de in hun beleving achterliggende ‘lelijke’ natuurkunde.

Zoals de onderzoekers het omschrijven in een populairwetenschappelijke beschouwing in hun artikel op website The Conversation: ‘Wat na de stuiter ontstaat, is een universum dat opmerkelijk veel op dat van ons lijkt.’

Van der Schaar is kritisch over de manier waarop de onderzoekers alles aan elkaar lijmen, van de eerdergenoemde inflatie tot een oorzaak voor de ‘donkere energie’, de nog altijd onbegrepen energie die dienstdoet als een soort kosmische fietspomp die het heelal steeds een beetje groter blaast.

“Ik zie vooral veel wensdenken”, zegt hij. “Veel dure woorden, die verhullen dat ze allerlei aannamen doen die ze niet hard kunnen maken. Het exacte mechanisme van die ‘stuiter’, bijvoorbeeld, dat zo centraal staat in hun voorstel: precies dát beschrijven ze niet erg goed.”

Desondanks blijft het idee van een heelal binnen in een zwart gat, zo vindt ook Van der Schaar, tot de verbeelding spreken. Of, in de woorden van de onderzoekers: ‘Het zwartegatuniversum biedt ons een nieuw perspectief op onze plek in de kosmos. We zien niet langer de geboorte van alles uit niets, maar het vervolg van een kosmische cyclus.’

Wellicht biedt het idee van de oneindige opeenvolging van heelallen die geboren worden in het binnenste van zwarte gaten dan toch meer troost dan je op voorhand had kunnen denken.