Zwarte gaten

Laat je niet misleiden door de naam: een zwart gat is allesbehalve lege ruimte. Integendeel, het is een grote hoeveelheid materie verpakt in een heel klein gebied – denk aan een ster die tien keer zo zwaar is als de zon die in een bol is geperst die ongeveer de diameter van New York City heeft. Het resultaat is een zwaartekrachtveld dat zo sterk is dat niets, zelfs geen licht, kan ontsnappen. In de afgelopen jaren hebben NASA-instrumenten een nieuw beeld geschetst van deze vreemde objecten die voor velen de meest fascinerende objecten in de ruimte zijn.Het idee van een object in de ruimte zo massief en dicht dat het licht er niet aan kan ontsnappen, bestaat al eeuwen. Het meest beroemd is dat zwarte gaten werden voorspeld door Einstein’s theorie van de algemene relativiteitstheorie, die aantoonde dat wanneer een massieve ster sterft, deze een kleine, dichte overblijfsel kern achterlaat. Als de kernmassa meer dan ongeveer drie keer de massa van de zon is, hebben de vergelijkingen aangetoond, de zwaartekracht overweldigt alle andere krachten en produceert een zwart gat.Wetenschappers kunnen zwarte gaten niet rechtstreeks waarnemen met telescopen die röntgenstraling, licht of andere vormen van elektromagnetische straling detecteren. We kunnen echter de aanwezigheid van zwarte gaten afleiden en deze bestuderen door hun effect op andere materie in de buurt te detecteren. Als een zwart gat bijvoorbeeld door een wolk van interstellaire materie gaat, zal het materie naar binnen trekken in een proces dat accretie wordt genoemd. Een vergelijkbaar proces kan optreden als een normale ster dicht bij een zwart gat passeert. In dit geval kan het zwarte gat de ster uit elkaar trekken terwijl het het naar zich toe trekt. Naarmate de aangetrokken materie versnelt en opwarmt, worden röntgenstralen uitgestraald die de ruimte uitstralen. Recente ontdekkingen bieden enig verleidelijk bewijs dat zwarte gaten een dramatische invloed hebben op de buurten om hen heen – krachtige gammastralen uitbarstingen uitzenden, nabije sterren verslinden en de groei van nieuwe sterren in sommige gebieden aanjagen terwijl ze in andere worden geblokkeerd.

One Star’s End is het begin van een zwart gat

De meeste zwarte gaten vormen van de overblijfselen van een grote ster die sterft in een supernova-explosie. (Kleinere sterren worden dichte neutronensterren, die niet massief genoeg zijn om licht te vangen.) Als de totale massa van de ster groot genoeg is (ongeveer drie keer de massa van de zon), kan theoretisch worden aangetoond dat geen enkele kracht de ster van instorten onder invloed van de zwaartekracht. Echter, als de ster instort, gebeurt er iets vreemds. Naarmate het oppervlak van de ster dichterbij een denkbeeldig oppervlak komt dat de “gebeurtenishorizon” wordt genoemd, vertraagt ​​de tijd op de ster relatief ten opzichte van de tijd die door waarnemers ver weg wordt gehouden. Wanneer het oppervlak de horizon van het evenement bereikt, staat de tijd stil en kan de ster niet meer instorten – het is een bevroren instortend object.Nog grotere zwarte gaten kunnen het gevolg zijn van botsingen met sterren. Al snel na de lancering in december 2004 observeerde de Swift-telescoop van NASA de krachtige, vluchtige lichtflitsen die bekend staan ​​als gammastraaluitbarstingen. Chandra en NASA’s Hubble Space Telescope verzamelden later gegevens van de “afterglow” van het evenement, en samen leidden de waarnemingen ertoe dat astronomen tot de conclusie kwamen dat de krachtige explosies het gevolg kunnen zijn wanneer een zwart gat en een neutronenster botsen, waardoor een ander zwart gat ontstaat.

Baby’s en reuzen

Hoewel het basisvormingsproces wordt begrepen, is een eeuwigdurend mysterie in de wetenschap van zwarte gaten dat ze lijken te bestaan ​​op twee radicaal verschillende grootteschalen. Aan de ene kant zijn er de talloze zwarte gaten die de overblijfselen zijn van massieve sterren. Gepeperd door het hele universum, zijn deze “stellaire massa” zwarte gaten meestal 10 tot 24 keer zo massief als de zon. Astronomen zien ze wanneer een andere ster dichtbij genoeg komt om een ​​deel van de materie eromheen te laten vallen door de zwaartekracht van het zwarte gat en daarbij röntgenstralen uit te roeien. De meeste stellaire zwarte gaten leiden echter geïsoleerde levens en zijn onmogelijk te detecteren. Te oordelen naar het aantal sterren dat groot genoeg is om zulke zwarte gaten te produceren, schatten wetenschappers echter dat er alleen al in de Melkweg zo’n tien miljoen tot een miljard zulke zwarte gaten zijn.Aan de andere kant van het groottespectrum zijn de reuzen bekend als ‘superzware’ zwarte gaten, die miljoenen, zo niet miljarden keren zo massief zijn als de zon. Astronomen geloven dat superzware zwarte gaten in het centrum van vrijwel alle grote sterrenstelsels liggen, zelfs onze eigen Melkweg. Astronomen kunnen ze detecteren door te kijken naar hun effecten op nabije sterren en gas.Historisch gezien hebben astronomen lang geloofd dat er geen middelgrote zwarte gaten bestaan. Recent bewijs van Chandra, XMM-Newton en Hubble versterkt echter het feit dat middelgrote zwarte gaten bestaan. Een mogelijk mechanisme voor de vorming van superzware zwarte gaten omvat een kettingreactie van botsingen van sterren in compacte sterclusters die resulteert in de opeenhoping van uiterst massieve sterren, die vervolgens samenklappen en zwarte gaten met tussenliggende massa vormen. De sterclusters zinken dan naar het centrum van de melkweg, waar de zwarte gaten met tussenliggende massa samensmelten en een superzwaar zwart gat vormen.