InfoNu.nl > Wetenschap > Sterrenkunde > Wat is een zwart gat?

Wat is een zwart gat?

Wat is een zwart gat? Wat gebeurt er als je in een zwart gat valt? En waar komen zwarte gaten vandaan? Zwarte gaten zijn wellicht de meest mysterieuze en absurde objecten in ons heelal. Albert Einstein geloofde zelfs niet dat zwarte gaten daadwerkelijk kunnen voorkomen in de natuur, en dacht dat ze slechts hypothetische wiskundige objecten waren. Tegenwoordig is echter zeker dat zwarte gaten bestaan. Het grootste zwarte gat dat we tot nu toe kennen heeft een massa van zelfs meer dan 18 miljard keer dat van de zon!

Zwarte gaten


Illustratie van het equivalentieprincipe. / Bron: Markus Poessel (Mapos), Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Illustratie van het equivalentieprincipe. / Bron: Markus Poessel (Mapos), Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Algemene relativiteitsheorie

Om te begrijpen wat een zwart gat precies is, is wat basis kennis van de algemene relativiteitstheorie nodig. Een belangrijk principe van de theorie is dat licht wordt afgebogen in een zwaartekrachtsveld. Dit is een gevolg van het zogenaamde equivalentieprincipe.

Dit principe stelt dat er geen verschil is tussen het effect van een zwaartekrachtsveld en het effect van een homogene versnelling. Dit houdt in dat iemand die ergens in de ruimte in een raket zit die 9,81 m/s2 versnelt, hetzelfde waarneemt als iemand die op aarde staat, waar de valversnelling 9,81 m/s2 bedraagt.

Stel dat iemand nu in een omhoog versnellende lift met een lamp op de wand van de liftcabine schijnt. In de tijd dat het licht onderweg is naar de wand, heeft de lift een bepaalde afstand omhoog afgelegd. Hierdoor heeft het licht geen rechte, maar een gekromde baan afgelegd; het licht is omlaag afgebogen.

Omdat dit effect optreedt bij een constante versnelling, moet het ook optreden in een zwaartekrachtsveld. Anders zou er een verschil bestaan tussen de effecten van een constante versnelling en de effecten van de zwaartekracht. Licht zal in een bepaald gravitatieveld dus op dezelfde manier worden afgebogen als bij een constante versnelling.
Een computersimulatie van een zwart gat met tien keer de massa van de zon, gezien op 600 km afstand. Hier is duidelijk te zien hoe het licht rondom het zwarte gat wordt afgebogen. / Bron: Ute Kraus, Wikimedia Commons (CC BY-SA-2.5)Een computersimulatie van een zwart gat met tien keer de massa van de zon, gezien op 600 km afstand. Hier is duidelijk te zien hoe het licht rondom het zwarte gat wordt afgebogen. / Bron: Ute Kraus, Wikimedia Commons (CC BY-SA-2.5)

Wat zijn zwarte gaten?

Als een zwaartekrachtsveld sterk genoeg is, is het mogelijk dat zelfs het licht niet uit dit veld kan ontsnappen. Dit heeft te maken met het begrip ontsnappingssnelheid. Dit is de minimale snelheid die nodig is om uit een zwaartekrachtsveld te ontsnappen. Op aarde is de ontsnappingssnelheid iets meer dan 11 km/s; dit betekent dat als je een object met deze snelheid recht omhoog gooit, het object nooit meer terug zal vallen naar de aarde.

Als een object echter zwaar genoeg is, kan het voorkomen dat de ontsnappingssnelheid groter is geworden dan de snelheid van het licht. Licht kan dan niet van dit object ontsnappen, waardoor het object van buiten af zwart lijkt. Als dit het geval is, wordt zo'n object een zwart gat genoemd. Omdat niets sneller kan gaan dan het licht, kan ook niets eruit ontsnappen.

Hoe ontstaan zwarte gaten?

Zwarte gaten ontstaan uit de kernen van sterren die zwaarder zijn dan ongeveer 20 zonmassa's. Aan het eind van het leven van zo'n ster houdt de fusie in de kern op. De energie die vrij komt bij kernfusie in de kern van een ster zorgt er voor dat de ster niet in elkaar klapt door de zwaartekracht. Zodra de fusie ophoudt kan het voorkomen dat (mits de ster zwaar genoeg is) de kern van een ster implodeert.
Een simulatie van een zwart gat met op de achtergrond de Large Magellanic Cloud. / Bron: Alain r, Wikimedia Commons (CC BY-SA-2.5)Een simulatie van een zwart gat met op de achtergrond de Large Magellanic Cloud. / Bron: Alain r, Wikimedia Commons (CC BY-SA-2.5)
De zwaartekracht van de kern is dan sterk genoeg om de kern in elkaar te drukken, waardoor deze steeds kleiner wordt. De massa van de kern verandert echter niet, dus naarmate de kern kleiner wordt, wordt deze ook compacter, waardoor de zwaartekracht aan het oppervlak steeds sterker wordt. Als de zwaartekracht sterk genoeg is (dus als de kern zwaar genoeg is) wordt de kern voldoende samengedrukt om een zwart gat te vormen.

In principe kan daarom ook alles een zwart gat worden, als je het maar hard genoeg samendrukt. De aarde zou bijvoorbeeld in een zwart gat veranderen als deze wordt samengedrukt tot de grootte van een knikker (ongeveer 2,5 cm).

Als een zwart gat net is ontstaan, is deze nog niet extreem zwaar. Toch bestaan er zwarte gaten die miljarden keren zo zwaar zijn als onze zon. Dit komt omdat er in de loop van de tijd vaak materie in een zwart gat terecht komt, waardoor deze langzaam zwaarder (en dus groter) wordt.

Visualisatie van spaghettificatie. / Bron: Cosmocurio / NASA, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)Visualisatie van spaghettificatie. / Bron: Cosmocurio / NASA, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

Wat gebeurt er als je in een zwart gat valt?

Wanneer iemand in een zwart gat zou vallen gebeurt er iets wat spaghettificatie (dit is écht de formele term!) genoemd wordt. Vanwege de kleine omvang van zwarte gaten is de sterkte van de zwaartekracht erg verschillend op kleine schaal. Dit houdt in dat de zwaartekracht bij je voeten sterker is dan bij je hoofd; hierdoor word je letterlijk uitgerekt.

Uiteindelijk breek je hierdoor in tweeën, en raakt je torso gescheiden van je onderlichaam. Het punt waar de breking optreedt ligt waarschijnlijk in de buurt van je heup (maar het hangt af van je lengte). Na het breken besta je dus uit twee losse stukken en ben je waarschijnlijk nog in leven.

Hierna herhaalt het spaghettificatieproces zich en worden de twee losse stukken opnieuw uit elkaar getrokken. De tweede keer dat de stukken breken is zeer waarschijnlijk fataal.

Een ander effect wat dichter in de buurt van de kern optreedt is dat je wordt samengedrukt. Dit komt omdat alles recht naar de kern wordt getrokken. Dus als de kern bijvoorbeeld bij je voeten is, zullen allebei je schouders richting je voeten worden getrokken, waardoor ze naar elkaar toe gaan bewegen.
© 2010 - 2017 Machans, het auteursrecht (tenzij anders vermeld) van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
White holes misschien wel aan de wieg van ons universum?White holes misschien wel aan de wieg van ons universum?Een object dat materie de ruimte in spuwt. En misschien wel aan de wieg van ons universum stond. Met zijn vele mysteries…
Zwarte gaten de meest onbegrepen hemellichamen?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…
Zwart; een veilige kleurZwart; een veilige kleurZwart krijgt nogal wat betekenissen op zich afgeworpen en dan begint het feitelijk al bij de kleur zwart, wat eigenlijk…
Wat is Hawkingstraling?De Hawkingstraling is vernoemd naar de theoretisch natuurkundige Stephen Hawking, die de straling ook bedacht. Hij was d…
Witwassen van zwart geldSommige vermogens zijn illegaal verkregen. De herkomst van dat geld kan verschillen. Zo kan het gaan om een onschuldig z…
Bronnen en referenties

Reageer op het artikel "Wat is een zwart gat?"

Plaats een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Ik ga akkoord met de privacyverklaring en ben bekend met de inhoud hiervan
Reacties

Bas, 16-11-2014 17:06 #5
Maar als licht wordt gebogen door het zwart gat, wat gebeurt er dan als je naar een zwart gat kijkt?

Martin, 03-05-2014 06:51 #4
Hoe komt het dat materie in een zwart gat getrokken word die in een baan om een zwart gat zit, terwijl de maan die om de aarde draait zich van ons verwijderd.
Is het niet hoogst waarschijnlijk dat er structuren in een zwart gat zitten die grenzen stellen aan hoe klein een zwart gat kan worden, want dat er structuren in zitten blijkt wel uit de grote van een zwart gat.

Hoi, 26-11-2012 15:13 #3
Het spaghettificatie is volgens mij al gedateerd. Als je in een zwart gat valt kom je gelijk in wat men een 'firewall' noemt: je verbrand als het ware op het moment dat je over de 'event horizon' komt (in het zwarte gat). Reactie infoteur, 05-05-2014
Goed punt. Als je eenmaal over de 'event horizon' komt gebeuren er inderdaad totaal andere dingen (waarover tot nu toe volgens mij geen echte consensus bestaat). Spaghettificatie treedt echter op ver buiten deze event horizon.

John, 27-10-2011 01:39 #2
Gezien de zwarte gaten steeds groter/zwaarder worden hebben ze een steeds groter bereik. Kan dit het punt bereiken dat er straks geen enkele ster/planeet meer overblijft en er een heelal met enkel zwarte gaten overblijft?

Kees Hooreman, 09-07-2010 23:25 #1
'Het grootste zwarte gat dat we tot nu toe kennen is zelfs meer dan 18 miljard keer zo zwaar als de Zon!' Hoe komt men tot deze slotsom? Welke berekening hanteert men? Reactie infoteur, 28-07-2010
Er zijn verschillende methoden om erachter te komen hoe zwaar een zwart gat is.

1. Een zwart gat kan zich als een zogenaamde 'zwaartekrachtlens' gedragen; het extreem grote gravitatieveld rondom een zwart gat kan het licht dat in de buurt is afbuigen. Vanaf de Aarde lijkt het dan alsof het licht door een soort lens is gegaan.

De mate waarin passerend licht wordt afgebogen hangt af van de grootte van het gravitatieveld, en dus van de massa van het zwarte gat. Op deze manier kan men een schatting maken van de massa van het object. De berekeningen die ervoor gebruikt worden komen o.a. uit de relativiteitstheorie omdat er rondom het zwarte gat sprake is van gekromde ruimtetijd.

2. Wanneer er materie in een zwart gat valt. kan er een zogenaamde accretieschijf ontstaan. Dit is een 'schijf' van massa die rondom een zwart gat cirkeld. Naarmate de schijf kleiner wordt (omdat de massa erin langzaam dichterbij het zwarte gat komt), wordt deze ook heter. Dit is een gevolg van de wet van behoud van momentum. Een accretieschijf wordt vaak zó heet dat deze licht gaat geven.

Aan het spectrum van het licht dat de schijf uitzendt kan men bepalen hoe heet de schijf is, en hieruit kan worden bepaald hoe sterk de zwaartekracht is binnen de schijf. Hieruit kan dus ook worden bepaald hoe zwaar het zwarte gat is.

Er zijn nog meerdere manieren om de massa van zwarte gaten te bepalen. Op deze pagina is meer informate te vinden: http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole#Observational_evidence

Infoteur: Machans
Gepubliceerd: 31-01-2010
Rubriek: Wetenschap
Subrubriek: Sterrenkunde
Bronnen en referenties: 6
Reacties: 5
Schrijf mee!