Zwarte gaten: wat zijn het en hoe ontstaan ze?

31 mrt 2017

zwarte gaten

Zwarte gaten zijn fenomenen die tot de verbeelding blijven spreken. Zowel bij NASA als ESA zijn druk doende met het onderzoeken van deze natuurkundige aspecten in het heelal. Want er is nog heel veel over zwarte gaten dat we niet weten!

Wat zijn zwarte gaten?

Om die vraag uitvoerig te beantwoorden zou ik hier meerdere blogs over kunnen schrijven. In het kort komt het erop neer dat een zwart gat een gebied in de ruimte is waar niks (zelfs geen licht) uit kan ontsnappen. De meeste zwarte gaten zijn overblijfselen van de explosie van een superster. Als de brandstof van zo’n ster opraakt, verliest deze van de enorme zwaartekracht die op de ster drukt. De ster implodeert dan en laat eigenlijk een leeg stuk ruimte achter (een gat). Vanaf de aarde nemen wij het licht van zo’n geïmplodeerde ster nog een tijdje langer weer door de tijdsvertraging. Wij zien dit als een ster die een rode kleur krijgt en uiteindelijk uitdooft (en dus zwart wordt).  

De naam ‘zwart gat’ is overigens bedacht door John Wheeler, een Amerikaans theoretisch natuurkundige, aan het einde van de jaren zestig.

Nieuw zwart gat ontdekt

Vorig jaar rond deze tijd kwam in het nieuws dat astronomen een nieuw gigantisch zwart gat hebben ontdekt. Deze werd waargenomen met zowel de Hubble ruimtetelescoop als de Gemini telescoop. Het meest bijzondere aan deze ontdekking is dat het zwarte gat niet in een heel groot sterrenstelsel ligt. Dit betekent dat deze enorme zwarte gaten ook voor kunnen komen in een kleine groep van sterrenstelsels en dat houdt weer in dat deze reusachtige objecten wellicht vaker voorkomen dan eerst gedacht.

De ontdekkingsgeschiedenis van zwarte gaten

Zwarte gaten zijn moeilijk waar te nemen of te bestuderen. Doordat ze geen licht uitstralen zijn ze immers niet zichtbaar en kunnen ze slechts indirect worden waargenomen. Bijvoorbeeld door het gedrag van sterren in hun directe omgeving te bestuderen.

Zwarte gaten

Al in 1790 ontstonden de eerste ideeën over het bestaan van zwarte gaten. De wetenschappers spraken toen nog over onzichtbare sterren. Het duurde echter pas tot de 20ste eeuw dat er echt wetenschappelijke onderbouwing voor het bestaan van zwarte gaten kwam. Dat gebeurde met name door de theorieën van Albert Einstein. Met zijn algemene relativiteitstheorie bijvoorbeeld voorspelde hij in 1916 een zwaartekrachtsveld voor een puntmassa. Toen Karl Schwarzschild deze daadwerkelijk vond betekende dit dat een waarnemingshorizon (de rand van een zwart gat) theoretisch mogelijk zou zijn en daadwerkelijk fysiek zou kunnen bestaan.

Deze relativiteitstheorie lag ook ten grondslag aan de eerste nauwkeurige berekening van de vorming van een zwart gat uit een gasbol (ster). Dit werd in 1939 gedaan door J. Robert Oppenheimer, die later wereldberoemd zou worden door het uitvinden van de atoombom.  

Zwarte gaten verdampen

Overigens blijven zwarte gaten niet altijd bestaan. Na verloop van tijd zullen ze verdampen. Stephen Hawking heeft dit in de jaren 70 ontdekt. Aan de waarnemingshorizon, ontstaan steeds weer paren van deeltjes en antideeltjes. Normaal heffen deze elkaar op en blijft het energie-effect hiervan nul. Maar door de aanwezigheid van het krachtveld van het zwarte gat valt er soms een deeltje in het zwarte gat. Dat deeltje gebruikt dan de energie van het zwarte gat om te blijven bestaan. En daardoor wordt de energie van het zwarte gat zelf minder en zal deze steeds kleiner worden en uiteindelijk dus verdampen.

In de komende jaren zullen zowel NASA als ESA vast net nieuwe ontdekking rondom deze fenomenen komen!