Hoe werkt een zwart gat
Het is geen gat
⬇ Index
Ontstaan van zwarte gaten
Laat ik hier beginnen met te stellen dat de natuurkunde en astronomie nog geen harde bewijzen hebben gevonden voor een zwart gat. Er zijn wel aanwijzingen dat deze theoretische mogelijkheid bestaat. Zo menen astronomen de effecten van een zwart gat waargenomen te hebben op verschillende plaatsen in het universum. Zo denken ze bijvoorbeeld dat ook het centrum van onze melkweg, het sterrenstelsel waar ons zonnestelsel deel van uitmaakt, gevormd wordt door een zwart gat. Maar mocht het geen zwart gat zijn, dan is het in ieder geval een voorwerp met een grote zwaartekracht.
Het ontstaan
"Waar vind je genoeg massa om een zwart gat te maken?"
"Hoe krijg je die massa in zo’n klein volume?"
Massa en Volume
Die grote hoeveelheid massa vind je bijvoorbeeld in sterren. Zo heeft onze zon een massa die 3,3 x 105 maal de massa van de aarde bedraagt. Nu zijn er sterren in dit universum die 5 keer of meer de massa van de zon bevatten. Deze sterren zullen aan het eind van hun bestaan overgaan in supernovae.
Het einde van het bestaan van een ster is het moment dat hij al zijn waterstof heeft omgezet in helium en vervolgens helium begint te fuseren.
Je zou het kunnen vergelijken met het verkreukelen van een blad papier. Als je het met één hand tot een prop perst dan kun je een bepaalde grote prop bereiken. Maar als je een kleinere prop wilt zul je harder moeten drukken en gebruik je meestal twee handen. Als je goed oplet zul je merken dat je handen daarbij warmer worden dan als je met één hand een prop maakt.
Je hebt dus na een ontploffende supernova de mogelijkheid van het ontstaan van een zwart gat. Het wordt echter pas een zwart gat zodra de zwaartekracht zo groot is, dat licht er niet meer aan kan ontsnappen. Hier komt helaas of gelukkig het natuurkundige deel van het verhaal.
⬇ Index
De natuurkunde van een zwart gat
Om de werking van een zwart gat te begrijpen moet je weten dat de zwaartekracht een eigenschap is van massa. Zo heeft ieder voorwerp dat massa bevat een kracht die andere voorwerpen met massa aantrekt. Dit vormt de basis voor de zwaartekracht. Hoewel licht in onze ogen vaak als massaloos wordt gezien, heeft het een eigenschap die bij massa hoort, het heeft een snelheid. Het verplaatst zich net als een mens over een bepaalde afstand in een bepaalde tijd. Het verschil tussen een mens en licht is de snelheid waarmee het beweegt. Verder heeft licht een nadeel ten opzichte van een mens. Een mens stopt iedere keer dat hij beweegt energie in zijn beweging. Als ik zonder spieren zou willen bewegen, dan zal ik moeten gaan skieën of parachutespringen. Licht heeft echter alleen aan het begin van zijn ontstaan energie gekregen om te bewegen. Je zou licht kunnen vergelijken met een kogel die wordt afgeschoten. Eenmaal afgeschoten kan het zelf geen energie meer toevoegen aan de eigen beweging.
Lichtsnelheid
⬇ Index
Zwaartekracht en ontsnappingssnelheid
In een zwart gat is de zwaartekracht zo groot dat licht er niet uit kan. In de natuurkunde heet dat dat de ontspanningssnelheid van het zwarte gat gelijk is aan de lichtsnelheid. Het gevolg is dat je geen licht terug ziet komen uit een zwart gat, omdat het licht niet kan ontsnappen aan de zwaartekracht van de massa van het zwarte gat. Wat dus betekent dat je een zwart gat pas ziet als het te laat is. Net zoiets als een onverlichte zwarte auto op een onverlichte straat. Als die geen reflectoren en retroreflecterend nummerbord had, dan zou je hem pas zien als je tien meter van hem verwijderd bent en er waarschijnlijk bovenop rijden.
Het kwadraat van de afstand
Nu hoef je gelukkig niet bang te zijn voor zwarte gaten, de zwaartekracht neemt namelijk af met het kwaadraat van de afstand. Vandaar ook dat je niet voortdurend bang hoeft te zijn dat alles wat mensen in een baan om de aarde brengen op ons hoofd zal vallen. Als de zwaartekracht op het aardoppervlak 10 Newton per kilo (N/kg) bedraagt dan bedraagt hij op twaalfduizend kilometer afstand van de aardkern nog maar 2,45 N/kg. Bij een zwart gat kun je uitgaan van een zwaartekracht op de rand van het gebied waar licht niet meer kan ontsnappen van ruim 68000 N. Laten we voor het gemak stellen dat dit gebied de omvang heeft van de afstand van Neptunus tot de Zon, dat is een straal van
4 miljard meter
Dus op 4 miljard meter van de kern van het zwarte gat bedraagt de zwaartekracht 68000 N, waardoor licht niet meer kan ontsnappen, dit wordt de waarnemingshorizon genoemd. Op een lichtjaar afstand bedraagt de zwaartekracht van een zwart gat nog geen miljardste van de aardse zwaartekracht.
⬇ Index
Conclusie
Een zwart gat is dus niet een gat in het universum, maar een plek waar zoveel massa op zo'n klein gebied is samengebundeld, dat de zwaartekracht van die massa groot genoeg is om licht vast te houden. Er ontstaat in zekere zin een zwart gat in je waarnemingsgebied, een plek waar geen licht vandaan komt. De rand van dit gebied dat je niet kunt zien, omdat er geen licht uitkomt heet de waarnemingshorizon. Een zwart gat heeft dus genoeg zwaartekracht om licht vast te houden. Maar omdat de zwaartekracht zwakker wordt met het kwadraat van de afstand is de zwaartekracht van een zwart gat op een afstand van een lichtjaar van de waarnemingshorizon nog maar een miljardste van de aardse zwaartekracht. Vandaar dat je op aarde geen last hebt van een zwart gat als het bijvoorbeeld op 4 lichtjaar van de aarde zou staan.
⬇ Index
Extra
Afbeeldingen
- Supernova via Wikipedia commons
- De zon via Wikipedia commons
- Ster materie opbouw via Wikipedia commons
- Zwart gat via Wikipedia commons
Index van koppen
Het is geen gat
Ontstaan van zwarte gaten
Het ontstaan
Massa en Volume
De natuurkunde van een zwart gat
Lichtsnelheid
Zwaartekracht en ontsnappingssnelheid
Het kwadraat van de afstand
Conclusie
Extra
Afbeeldingen
Index van koppen
Links