Zwarte Gaten
- Inleiding
- Hoe ontstaat een zwart gat?
- Hoe vinden we en zwart gat?
- De simpelste objecten van het universum
- Vragen
- Docentenhandleiding
Je hebt vast wel eens gehoord van zwarte gaten. Die vreemde objecten in de ruimte die alles opslurpen dat dichtbij genoeg komt. Ze klinken als science fiction, maar in de wereld van de wetenschap zijn ze allang geaccepteerd als waarheid. Deze tekst zal een aantal basisvragen over zwarte vragen beantwoorden.
Hoe onstaat een zwart gat?
Een zwart gat is wat er overblijft als een zware ster "sterft". Sterren kun je zien als enorme kernfusie-reactoren waarbij de zwaartekracht in balans is met de explosieve kracht. Denk bij "explosieve kracht" aan de explosie van een atoombom, want een ster is eigenlijk een grote verzameling atoombommen die constant ontploffen. Alleen de zwaartekracht zorgt ervoor dat het zooitje bijeen blijft. Maar wat gebeurt er nu met een hele zware ster als de kernfusie stopt omdat de brandstof op is? Omdat de zwaartekracht niet meer wordt tegengehouden krimpt de ster en wordt steeds heter tot het een supernova veroorzaakt. Een supernova behoort tot de grootste explosies in het universum. De ster vlamt op met de kracht van honderden miljoenen tot meer dan een miljard zonnen. Dit leidt er toe dat een ster een groot gedeelte van zijn materie verliest. Wat er overblijft is een kern van extreme dichtheid met een zwaartekracht die z— sterk is, dat zelfs licht niet kan ontsnappen. Daarom noemen we het een "zwart gat". Zwart omdat geen licht van het gat naar ons kan komen.
Hoe vinden we een zwart gat?
Omdat een zwart gat geen licht of andere straling uitzendt, is er dus geen manier om er ŽŽn direct te detecteren. Maar we kunnen een zwart gat natuurlijk wel indirect detecteren. Dit kan op drie manieren, namelijk:
- Massaschattingen met behulp van objecten die om een zwart gat draaien
- Zwaartekracht-lens effecten
- Straling van een nabije ster
- Bij veel zwarte gaten zijn ook andere objecten in de buurt. Waar je naar zoekt is een ster of een gaswolk, die zich gedraagt alsof er een grote massa in de buurt is. Bijvoorbeeld: Een ster vertoont een draaiende beweging en er is geen zichtbare verklaring voor. Dan kun je aannemen dat de ster om een onzichtbaar object heen draait. Als je vervolgens probeert te berekenen hoe groot de massa van dit object is en je komt op een massa van op z'n minst 3x de massa van de zon, heb je mogelijk met een zwart gat te maken.
- Extreem zware objecten zijn in staat om lichtstralen te buigen. Als je naar een verre ster kijkt en de lichtstralen komen op de weg van de ster naar jou langs een zwart gat, kan de baan van het licht afgebogen worden en kan er een soort lens-effect ontstaan. Bij observaties zie je dan vaak een dubbel beeld. In het plaatje zie je zo'n observatie (in het circeltje).
- Een ster die zich heel dichtbij een zwart gat bevindt, staat onder invloed van diens zwaartekracht. Dan kan het gebeuren dat de buitenste lagen van de ster naar het zwarte gat worden getrokken. Het zwarte gat "eet" de ster op. Als de materie van de ster naar het zwarte gat beweegt wordt het versneld en extreem verhit. Deze materie zendt ršntgenstraling uit en deze straling kan worden gedetecteerd door speciale ršntgentelescopen. In de tekening hieronder zie je een ster die wordt "opgegeten" door een zwart gat.
De simpelste objecten van het universum
Zwarte gaten behoren ongetwijfeld tot de meest interessante objecte van het universum, maar ze zijn tegelijkertijd ook de simpelste objecten van het universum. Er is geen ander object wat je met maar 3 eigenschappen volledig kunt beschrijven. Deze 3 eigenschappen zijn massa, rotatie en elektrische lading. De massa van een zwart gat kan varieren van iets meer dan 3x de massa van de zon, tot vele miljoenen zonsmassas. Men vermoedt dat in het hart van ieder sterrenstelsel (dus ook onze melkweg) zo'n superzwaar zwart gat zit. De rotatie van een zwart gat kan varieren van nul tot bijna de lichtsnelheid en deze eigenschap is van belang omdat de rotatie van invloed is op de manier waarop materie om het zwart gat draait of naar binnen wordt gezogen. Elektrische lading verwacht je niet in een zwart gat omdat grote objecten (een mens, een auto, een planeet, etc.) over het algemeen geen waarneembare lading hebben, dus men gaat er dan ook meestal vanuit dat zwarte gaten elektrisch neutraal zijn. Het zijn dus alleen de massa en de rotatie die je moet weten om een zwart gat volledig (wiskundig) te beschrijven.
Vragen