Zwarte gaten zijn eng en enkele van de meest intrigerende en mysterieuze objecten in het heelal. Maar wat is een zwart gat? Zwarte gaten zijn in wezen objecten in de ruimte die zo extreem massief en dicht zijn dat niets aan hun zwaartekracht kan ontsnappen, inclusief licht (daarom worden ze genoemd) zwart gaten). Dit leidt tot een aantal interessante scenario's met betrekking tot de fysica in de directe omgeving van een zwart gat.
De algemene relativiteitstheorie stelt dat alles met massa het weefsel van de ruimtetijd kromt, en deze kromming is wat we kennen als zwaartekracht. Het meest populaire (en zeer beschrijvende) voorbeeld om te illustreren hoe dit werkt, is dat van een rubberen plaat. Stel je voor dat je een groot stuk rekbaar rubber hebt dat redelijk goed is uitgerekt. Dit blad is een tweedimensionale weergave van het weefsel van de ruimte (dat drie dimensies heeft, maar voor de eenvoud en het gemak van illustratie gebruiken we er twee). Als je een klein marmer op het vel plaatst, zal het een kleine inkeping in het rubber maken. Stel je voor dat het marmer een planeet is en als je een van die coole glazen gestreepte knikkers hebt, lijkt het misschien zelfs veel op Jupiter. Als u een kleine kiezel (die een eigen, zeer kleine inkeping creëert) door het marmer rolt, merkt u misschien dat de kiezel naar de inkeping van het marmer buigt. In wezen trekt het marmer vanwege zijn zwaartekracht het kiezelsteentje ernaartoe.
Als je nu een bowlingbal op het blad legt, die veel massiever is, maakt het een veel grotere inspringing die de kiezel waarschijnlijk vasthoudt terwijl hij voorbij rolt. De bowlingbal zou in dit voorbeeld heel goed zoiets als een ster vertegenwoordigen. Een zwart gat is de massa van een ster, maar in een zeer kleine ruimte, genoeg om het rubberen vel voldoende te laten inspringen, zodat je niets rolt door de inkeping van het zwarte gat binnen een bepaalde afstand - hoe snel je het ook maakt - kan ontsnappen. Het gebied rond een zwart gat waaruit niets kan ontsnappen, wordt de gebeurtenishorizon genoemd en hoe groot dit gebied is, hangt af van de grootte van het zwarte gat zelf.
Een stellair zwart gat vormt zich wanneer een ster met een kern boven ongeveer 3 zonsmassa's het einde van zijn levensduur nadert en de fusieprocessen in de ster niet meer voldoende tegen de inwaartse zwaartekracht naar buiten duwen, waardoor de ster implodeert . Zodra de materie in de ster is samengedrukt tot onder een bepaalde straal - de Schwarzschild-straal genoemd naar de wiskundige die hem heeft geformuleerd - wordt een zwart gat gevormd.
Superzware zwarte gaten zijn die gaten die zich in het centrum van sterrenstelsels vormen en die kunnen variëren in de miljarden zonsmassa's. Zo heeft het superzware zwarte gat in het midden van de Melkweg een massa van ongeveer 40.000 zonnen, en de materie eromheen - de ‘accretieschijf’ genoemd - is maar liefst 4 miljard zonnen. Hoe ontstaan superzware zwarte gaten? Hier is een uitstekend, gedetailleerd artikel over superzware zwarte gaten die enkele van de concurrerende theorieën over hun vorming behandelt.
Zwarte gaten zijn er in verschillende maten, afhankelijk van hun massa. Als de zon bijvoorbeeld een zwart gat zou worden (dat zal het echter niet zijn, omdat de kern veel te klein is), zou de straal van het zwarte gat ongeveer 3 km (1,86 mijl) zijn. Als de aarde door een of andere vreemde omstandigheden zou worden verdicht in een ruimte die kleiner is dan de Scwarzschild-straal, zou het zwarte gat ongeveer zo groot zijn als een pinda.
In het midden van een zwart gat ligt wat een singulariteit wordt genoemd, waar de massa van het zwarte gat wordt gecomprimeerd tot een volume van nul, en het vermogen tot algemene relativiteit om te beschrijven wat hier gebeurt, valt uiteen.
Hoe weten we dat zwarte gaten bestaan als ze geen licht uitstralen? Bewijs voor stellaire zwarte gaten komt van het observeren van hun interacties in binaire systemen, en superzware zwarte gaten kunnen worden waargenomen met röntgentelescopen en door de zwaartekracht die ze uitoefenen op de sterren in een sterrenstelsel.
Om meer te weten te komen over zwarte gaten, zijn er nogal wat bronnen op internet. Om te beginnen heeft Hubblesite een uitstekende encyclopedie, net als Stardate.org. Je kunt ook de rest van onze sectie over zwarte gaten in de Guide to Space bekijken, of luisteren naar de meerdere Astronomy Cast-afleveringen over het onderwerp, zoals Afleveringen 18, of de vragen over Black, Black Holes.
Bronnen: NASA: Blackholes, NASA: Stars, Hyperphysics
