Zwart gat

Wat is een zwart gat:

Een zwart gat is een ruimteverschijnsel van zeer hoge proporties (meestal groter dan de zon) en extreem compacte massa, wat resulteert in een zwaartekrachtveld dat zo sterk is dat er geen deeltjes of straling naar buiten kunnen komen.

Overwegend dat zelfs licht wordt gezogen, zwarte gaten zijn onzichtbaar en hun bestaan ​​wordt alleen bewezen door de zwaartekracht consequenties waarneembaar in zijn omgeving, vooral door de banen veranderingen van de nabije hemellichamen, die nu worden aangetrokken door het zwarte gat.

In theorie zou alleen iets dat beweegt met een snelheid groter dan de snelheid van het licht het zwaartekrachtsveld van een zwart gat kunnen weerstaan. Om deze reden is het niet mogelijk om zeker te weten wat er gebeurt met de materie die wordt opgezogen.

Hoe groot is een zwart gat?

Zwarte gaten bestaan ​​in verschillende maten. Minderjarigen die bekend zijn bij de wetenschap worden oorspronkelijke zwarte gaten genoemd en worden verondersteld de grootte van een atoom te zijn, maar dan met de totale massa van een berg.

Middelgrote zwarte gaten (waarvan de massa tot 20 keer de totale massa van de zon is) worden stellair genoemd . In deze categorie heeft het kleinste zwarte gat dat wordt ontdekt 3, 8 maal de zonnemassa.

De grootste geclassificeerde zwarte gaten worden supermassief genoemd, vaak te vinden in het centrum van sterrenstelsels. Als een voorbeeld, in het centrum van de Melkweg is Boogschutter A, een zwart gat met een massa equivalent aan 4 miljoen maal de massa van de zon.

Tot nu toe wordt het grootste bekende zwarte gat S50014 + 81 genoemd, waarvan de massa gelijk is aan veertig miljard keer de massa van de zon.

Hoe ontstaan ​​zwarte gaten?

Zwarte gaten worden gevormd door gravitationele instortingen van hemellichamen. Deze verschijnselen doen zich voor wanneer de interne druk van een lichaam (meestal sterren) onvoldoende is om zijn eigen massa te behouden. Dus wanneer de kern van de ster instort als gevolg van de zwaartekracht, explodeert het hemellichaam enorme hoeveelheden energie in een gebeurtenis die bekend staat als een supernova .

Visuele weergave van een supernova.

Tijdens de supernova, in een fractie van een seconde, wordt de hele massa van de ster samengeperst in zijn kern terwijl hij beweegt met ongeveer 1/4 van de snelheid van het licht (inclusief, op dit moment, worden de zwaarste elementen van het universum gecreëerd).

Dan zal de explosie aanleiding geven tot een neutronenster of, als de ster groot genoeg is, zal het resultaat zijn dat er een zwart gat ontstaat, waarvan de astronomische hoeveelheid geconcentreerde massa het bovengenoemde zwaartekrachtveld creëert. Daarin moet de ontsnappingssnelheid (snelheid die nodig is voor een deel van het deeltje of straling om weerstand te bieden aan de aantrekking) ten minste groter zijn dan de snelheid van het licht.

Soorten zwarte gaten

De Duitse theoretisch natuurkundige Albert Einstein formuleerde een reeks hypothesen die verband hielden met de zwaartekracht en die als basis dienden voor de opkomst van de moderne fysica. Deze reeks ideeën heette Theorie van Algemene Relativiteit, waarin de wetenschapper verschillende innovatieve observaties deed over de zwaartekrachtseffecten van zwarte gaten.

Voor Einstein zijn zwarte gaten "vervormingen in ruimte-tijd veroorzaakt door de enorme hoeveelheid geconcentreerde materie." Zijn theorieën bevorderden een snelle vooruitgang van het gebied en lieten de classificatie van de verschillende soorten zwarte gaten toe:

Schwarzschild zwart gat

De zwarte gaten van Schwarzschild zijn degenen die geen elektrische lading hebben en ook geen hoekimpuls hebben, dat wil zeggen niet rond de as draaien.

Kerr Black Hole

Kerr's zwarte gaten hebben geen elektrische lading, maar ze draaien om hun as.

Reissner-Nordstrom Black Hole

De zwarte gaten van Reissner-Nordstrom hebben een elektrische lading maar draaien niet rond hun as.

Kerr-Newman Black Hole

De zwarte gaten van Kerr-Newman zijn elektrisch geladen en draaien rond hun as.

In theorie worden alle soorten zwarte gaten uiteindelijk zwarte Schwarzschild-gaten (statisch en geen elektrische lading) wanneer ze genoeg energie verliezen en stoppen met draaien. Dit fenomeen staat bekend als het Penrose-proces . In deze gevallen is de enige manier om een ​​zwart gat te onderscheiden van Schwarzschild van een ander, door het meten van de massa.

Structuur van een zwart gat

Zwarte gaten zijn onzichtbaar, omdat hun zwaartekrachtveld zelfs bij licht onontkoombaar is. Zo heeft een zwart gat het uiterlijk van een donker oppervlak waaruit niets wordt gereflecteerd en er is geen bewijs van wat er gebeurt met de elementen die erin worden gezogen. Door de waarneming van de effecten die ze in hun omgeving veroorzaken, structureert de wetenschap de zwarte gaten in de gebeurtenissenhorizon, singulariteit en ergosfeer .

Horizon van evenementen

De grens van het zwaartekrachtsveld van het zwarte gat waaruit niets wordt waargenomen, wordt de gebeurtenishorizon of punt van geen terugkeer genoemd .

Grafische weergave van een door NASA ter beschikking gestelde gebeurtenishorizon, waarin een perfecte bol wordt waargenomen van waaruit geen licht wordt uitgezonden.

Hoewel het eigenlijk alleen zwaartekrachtgevolgen zijn, wordt de gebeurtenishorizon beschouwd als onderdeel van de structuur van een zwart gat omdat het het begin is van het waarneembare gebied van het fenomeen.

Het is bekend dat de vorm ervan perfect bolvormig is in statische zwarte gaten en schuin in roterende zwarte gaten.

Vanwege de gravitationele verwijding van de tijd, heeft de invloed van zwart gatmassa op de ruimtetijd tot gevolg dat de gebeurtenishorizon, zelfs buiten het bereik, de volgende effecten heeft:

• Voor een verre waarnemer zou een klok dichtbij de gebeurtenishorizon langzamer bewegen dan een andere verder weg. Zodoende lijkt elk object dat in het zwarte gat wordt gezogen te vertragen totdat het in de tijd verlamd lijkt.
• Voor een verre waarnemer zou het voorwerp dat de gebeurtenishorizon nadert een roodachtige tint aannemen, een gevolg van het fysische verschijnsel dat bekend staat als roodverschuiving, omdat de frequentie van het licht wordt verminderd door het zwaartekrachtsveld van het zwarte gat.
• Vanuit het gezichtspunt van het object zou de tijd versneld voorbijgaan voor het hele universum, terwijl de tijd vanzelf zou overgaan.

eigenaardigheid

Het centrale punt van een zwart gat, waar de massa van de ster oneindig geconcentreerd is geworden, wordt singulariteit genoemd, waarvan er weinig over bekend is. In theorie bevat de singulariteit de totale massa van de ster die is ingestort, toegevoegd aan de massa van alle lichamen gezogen door het zwaartekrachtsveld, maar geen volume of oppervlak heeft.

ergosphere

De ergosfeer is een gebied dat de gebeurtenissen horizon omzeilt in de roterende zwarte gaten, waarin het onmogelijk is voor een hemellichaam om stil te staan.

Maar volgens de relativiteit van Einstein heeft elk roterend voorwerp de neiging om de ruimte-tijd dichtbij te slepen. In een roterend zwart gat is dit effect zo sterk dat het voor een hemellichaam nodig zou zijn om in de tegenovergestelde richting te bewegen met een snelheid die groter is dan die van het licht om stationair te blijven.

Het is belangrijk om de effecten van de ergosfeer niet te verwarren met de effecten van de gebeurtenishorizon. De ergosfeer trekt geen objecten aan met het zwaartekrachtsveld. Alles wat daarmee in aanraking komt, zal dus alleen in ruimte-tijd worden verplaatst en zal alleen worden aangetrokken als het de gebeurtenishorizon doorsnijdt.

Stephen Hawking-theorieën over zwarte gaten

Stephen Hawking was een van de meest invloedrijke fysici en kosmologen van de 20e en 21e eeuw. "Onder zijn talrijke bijdragen loste Hawking verschillende stellingen op die Einstein had voorgesteld en die bijdroeg aan de theorie dat het universum begon in een singulariteit, waardoor de zogenaamde Theorie van Big Bang .

Hawking geloofde ook dat zwarte gaten niet helemaal zwart zijn, maar kleine hoeveelheden thermische straling uitzenden. Dit effect was in de natuurkunde bekend als Hawking Radiation . Deze theorie voorspelt dat de zwarte gaten de massa zullen verliezen met de vrijgekomen straling en dat deze in een uiterst langzaam proces zal verminderen totdat ze verdwijnt.