Je leest:

Zwarte gaten

Zwarte gaten

Hoe zie je iets onzichtbaars? Het klinkt als een raadsel, maar is stiekem keiharde wetenschap. Sterrenkundigen draaien er hun hand ondertussen niet meer voor om: met gemak ‘zien’ zij zwarte gaten in allerlei uithoeken van het heelal.

Eigenlijk best knap, want een zwart gat straalt nog geen flinter licht uit. Het is het ineengestorte restant van een uitgebrande ster, zó zwaar dat zijn ontsnappingssnelheid groter is dan de lichtsnelheid. In gewone taal: eenmaal in een zwart gat is iets voor altijd verloren. Zelfs het allersnelste verschijnsel in het heelal – licht – kan er niet aan ontsnappen.

Aan zwarte gaten kan niets ontsnappen, zelfs licht niet. Toch zijn ze zichtbaar door hun invloed op hun omgeving. De intense zwaartekracht vlakbij een zwart gat vervormt rechte lichtstralen en buigt ze af. Daardoor werkt een zwart gat als een lens – een zwaartekrachtslens in jargon. Hier een simulatie van een zwart gat dat tien keer zo zwaar is als de zon, en zijn invloed op het licht van de Melkweg op de achtergrond. bron: Ute Kraus, Physikdidaktik-AG Ute Kraus, Theoretische Astrophysik Tübingen. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Donkere sterren

Dat zwarte gaten kunnen bestaan, volgt al uit de bewegingsleer van Newton. Als een ster maar zwaar en compact genoeg is, moet alles wat van zijn oppervlak wil ontsnappen naar het heelal, sneller reizen dan het licht – licht van de ster zou dus nooit van het oppervlak wegkomen. Geoloog John Michell rekende dat al in 1783 door en noemde zijn vondst ‘donkere sterren’.

De algemene relativiteitstheorie van Einstein was nodig om meer details van donkere sterren op te helderen. In 1915 gebruikte Karl Schwarzschild die opvolger van Newtons zwaartekrachtstheorie om zwarte gaten door te rekenen. Velen dachten dat het om een leuke rekenopgave ging – in het heelal zou een bizarre ster zo zwaar als de zon, maar van een paar kilometer breed, wel nooit voorkomen. Of zichtbaar zijn.

Artist’s concept van een zwart gat in een dubbelster; het gat (linksboven) slorpt materiaal van zijn partner op. Het gas spiraliseert naar het gat toe, warmt enorm op en zendt dan krachtige straling uit – dat is één van de manieren om zwarte gaten te ‘zien’. bron: ESA, NASA en F. Mirabel

Onzichtbaar, maar toch te zien

Gelukkig helpt moeder natuur de sterrenkundigen graag een handje. Een groot aantal sterren – en dus ook ex-sterren zoals zwarte gaten – maakt deel uit van een dubbelster. Als een zwart gat en een normale ster om elkaar heendraaien, is dat zichtbaar als dopplerverschuiving in het kleurenspectrum van de gewone ster. Dan weer beweegt die van ons af, dan weer naar ons toe. De zwaartekracht en beweging van het zwarte gat verraden zo zijn bestaan.

De partner kan het zwarte gat ook op een andere manier zichtbaar maken: als de twee dicht bij elkaar staan, kan het gat een stroom materiaal van zijn collega opslorpen. Die reist via een zogenaamde accretieschijf naar het gat en wordt daarbij enorm verhit. Zó sterk zelfs, dat er onder andere röntgenstraling vrijkomt: Cygnus X1 werd op deze manier als zwart gat herkend: het is een röntgenstraler in een dubbelster, het eerste zwarte gat dat ooit werd waargenomen.

Superzwaar

Zwarte gaten zitten niet alleen in dubbelsterren – onderzoek aan vergelegen en nabije melkwegen heeft laten zien dat in de kern van een sterrenstelsel bijna altijd een monsterlijk groot zwart gat huist. Deze supermassives wegen wel miljoenen malen zoveel als onze zon en zouden in ons zonnestelsel tot aan de baan van Jupiter reiken.

Ook onze eigen melkweg heeft zo’n reusachtig gat in zijn kern. Door de banen van sterren om de kern te volgen is de massa ervan berekend: die was zo groot, dat de enige verklaring voor zoveel massa in zo’n klein gebied wel een zwart gat moest zijn. In 2004 was als extra bewijs te zien hoe het zwarte gat in het sterrenstelsel RX-J1242-11 een ster aan flarden scheurde.

Pech-ster. Dit is een artistieke weergave van wat er met de ster in het centrum van RX-J1242-11 gebeurde. De sterke zwaartekracht trekt de ster uit elkaar en lanceert het grootste deel weer de ruimte in. Een klein deel vormt een gasring om het zwarte gat, voor het wordt opgeslokt. Daarbij kwam evenveel energie vrij als bij een supernova! bron: ESA en Stefanie Komossa (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)

Motor

De donkere zwarte gaten zijn door een speling van de natuurwetten ook de helderste voorwerpen in het heelal. In jonge sterrenstelsels kan het superzware zwarte gat in de kern materiaal uit zijn omgeving opslurpen. Net als een zwart gat in een dubbelster ontstaan daarbij enorme straalstromen, jets geheten. De opeenpersing van gas en complete sterren jaagt de temperatuur verder omhoog, tot allerlei soorten straling vrijkomen.

De superzware zwarte gaten dienen als motor voor quasi-stellar objects of quasars, die tot aan de rand van het ons bekende heelal te zien zijn. Het zijn verafgelegen melkwegen, die wij door de enorme afstand zien zoals ze er uitzagen toen het heelal maar 10% van zijn huidige leeftijd had.

Volgens sterrenkundigen kan een zwart gat in de kern van zo’n vergelegen sterrenstelsel genoeg energie leveren om op zo’n grote afstand zichtbaar te zijn. Een deel van de invallende materie wordt daar enorm verhit en langs de draaiingsassen naar buiten gespoten. De rest raakt door de onderlinge wrijving verhit en straalt genoeg energie uit om aan de andere kant van het heelal zichtbaar te zijn – niet onaardig, met een onzichtbaar gat in het midden.

Zwarte gaten en afbuiging van licht

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 28 juni 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE