Zwarte gaten de meest onbegrepen hemellichamen?

Zwarte gaten, wat zijn het eigenlijk? Niet zo lang geleden dachten we nog dat deze mysterieuze objecten alleen op papier mogelijk waren. Niet veel later kwamen we er achter dat ze daadwerkelijk bestaan. Maar wat weten we nu eigenlijk allemaal over een zwart gat en wat zijn de dingen die we nog steeds niet begrijpen?

Wat is een zwart gat?

Een zwart gat is een object met een enorm grote zwaartekracht. Hij komt ook aan zijn naam door zijn zwaartekracht. De zwaartekracht is namelijk zo groot dat het zelfs voor licht onmogelijk is om er aan te ontsnappen. Een mooi voorbeeld hiervan is een waterval, hoe dichter je bij de waterval komt hoe harder het water stroomt er komt een moment dat het water sneller stroomt dan dat jij kunt zwemmen, vanaf dit moment is er dus geen mogelijkheid meer om te ontkomen. Zo ontkomt het licht dus niet meer aan het zwarte gat als het binnen de event horizon komt. De event horizon is dus een cirkel om het zwarte gat heen waarbinnen de zwaartekracht groter is dan de snelheid van het licht en er dus niks meer kan ontsnappen.

Het ontstaan van zwarte gaten

Zwarte gaten ontstaan uit grote sterren. Binnen in een ster (en ook onze zon) vindt kernfusie plaats wanneer er niet meer genoeg brandstof is om deze kernfusie plaats te laten vinden stopt de uitstoot van energie. Door de enorme zwaartekracht van sterren en de afwezigheid van de kracht die naar buiten werkt (de kernfusie) implodeert een grote ster. Dit wordt ook wel een supernova genoemd het moet hier echter wel gaan om een type 2 supernova. Dit betekend dat de dood van de ster komt doordat hij bezwijkt onder zijn eigen zwaartekracht. De massa die een ster moet hebben om dit te laten gebeuren is zeer discutabel maar wordt geschat op ongeveer 7 tot 15 keer de massa van onze zon. Het deel van de ster dat ook daadwerkelijk een zwart gat vormt is alleen de kern met de zwaardere elementen. De lichte elementen worden tijdens de supernova de ruimte in geschoten. De kern van de ster blijft imploderen en krijgt zo een enorme massa met een relatief kleine omvang. De dichtheid is te vergelijken met een knikker met het gewicht van onze aarde.

Waar zijn zwarte gaten te vinden?

Zwarte gaten zijn in grotere mate aanwezig dan je aanvankelijk zou denken. Ten eerste heeft elke Melkweg zijn eigen zogenoemde supermassive black hole. Deze is te vinden in het midden van bijna elke Melkweg. Deze zwarte gaten zijn echter te groot om te zijn ontstaan door een super of hyper nova. Men denk dat deze zwarte gaten zijn gevormd kort na the Big Bang. Deze supermassive black holes hebben er dus ook voor gezorgd dat de Melkwegen zich gevormd hebben zoals ze nu zijn. Naast deze enorm grote zwarte gaten zijn er ook nog zo’n 100 miljoen kleinere zwarte gaten in onze Melkweg die dus wel zijn gevormd door super/hypernova. Gelukkig zijn alle tot nu toe bekende zwarte gaten geen directe bedreiging voor de aarde. En het dichtstbijzijnde zwarte gat ligt zo’n 1600 lichtjaren van ons vandaan. Ook binnen de andere Melkwegen wordt verwacht dat het aantal zwarte gaten ongeveer gelijk zou zijn aan die van ons.

Hoe kunnen we zwarte gaten waarnemen?

De twee beste manieren voor het waarnemen van een zwart gat zijn: het bestuderen van andere hemellichamen en hun gedrag en gas dat wordt aangetrokken door zwarte gaten en begint te gloeien.

Het gedrag van andere hemellichamen is volledig te herleiden aan de naburige andere hemellichamen. Hierdoor kunnen we dus voorspellen wat hun baan zal zijn. Op het moment dat dit gedrag anders is dan voorspelt betekend het dat er een andere kracht in de buurt is. Hierdoor kunnen we dan precies weten waar een zwart gat zich bevindt en wat de massa ervan is. Vervolgens is dit te controleren door de baan van andere sterren te controleren en kijken of dit overeenkomt met de vorige berekeningen. Als er dan bij meerdere sterren precies het zelfde getal uit komt kunnen we de precieze positie, omvang en gewicht van het zwarte gat concluderen.

De tweede manier waarop een zwart gat is waar te nemen zijn de omringende gassen. Deze worden aangetrokken door het zwarte gat en warmen hier door op. De extreme zwaartekracht zorg voor een omgeving waar in de moleculen botsen. Deze warmen op en kunnen extreme temperaturen bereiken die hoger liggen dan die van onze zon. Deze gloeiende gassen zijn te zien net buiten de event horizon. Op deze manier kunnen we dus zien waar het zwarte gat is maar het zwarte gat zelf is niet zichtbaar.

Wat begrijpen we nog niet over zwarte gaten?

Op het moment dat Albert Einstein met zijn relativiteitstheorie kwam en hiermee op papier de mogelijkheid van zwarte gaten bewees was hij hier zelf nog niet van overtuigd. Zelf dacht Albert Einstein namelijk dat zwarte gaten alleen op papier zouden bestaan, het probleem was namelijk het zogenaamde point of singularity. Dit is een punt in het centrum van het zwarte gat. Wanneer je de formule van Einstein gebruikt wordt in het centrum het getal onder de deelstreep een 0 dit betekend dat de uitkomst van de formule oneindig wordt. Dus de massa en gravitatie van een zwart gat in het centrum zou oneindig zijn. Wat voor ons technisch gezien onmogelijk is en niet te bevatten. Daarom wordt er ook vaak gezegd dat the point of singularity het punt is waar de mens tot nu toe nog weinig van begrijpt. Deze punten worden ook teruggevonden in een wit gat en bij de Big Bang.

Het tweede punt dat we nog niet begrijpen is wat er gebeurd met materie die in een zwart gat terecht komt. Want wat blijft er over van materie dat in een zwart gat verdwijnt en is dit ooit nog terug te vinden of blijft het voor altijd weg?

Zo blijven zwarte gaten zeer mysterieuze objecten die we nog lang niet geheel begrijpen. En is het nu wachten op een volgende doorbraak op het gebied hiervan die een oplossing kan geven voor the point of singularity en een antwoord op de vraag wat er gebeurt met de materie.

Lees verder

• White holes misschien wel aan de wieg van ons universum?