Een object zo zwaar dat alle materie samenkomt in een oneindig klein punt, een zwart gat dus. De zwaartekracht van een zwart gat is zelfs zo groot dat zelfs licht niet uit een zwart gat kan ontsnappen. Je zou alleen aan een zwart gat kunnen ontsnappen als je sneller gaat dan de snelheid van het licht, wat onmogelijk is. Kom dus niet te dicht in de buurt van een zwart gat maar ontdek de wereld van zwarte gaten op een veilige afstand.

Hoe ontstaat een zwart gat?

Elke ster verloopt in zijn levenscyclus een aantal stages. Deze stages verschillen afhankelijk van de massa van de ster. Zo explodeert een lichte ster en dooft vervolgens langzamerhand uit tot een witte dwergster die heel lang zachtjes blijft branden. Een grote zware ster beleefd een iets andere weg.

Deze zal voordat deze sterft eerst in elkaar storten. Er is nu heel veel druk in de kern van de ster aanwezig. Deze druk zorgt dat de ster onstabiel wordt. Het gevolg is een explosie met een enorme kracht en energie. Zo´n explosie wordt ook wel een ´Supernova´ genoemd.

Een supernova is veel krachtiger dan dat de ster normaal is. Wanneer een ster op ongeveer 1.000 lichtjaar afstand een supernova explosie ondervindt, is deze ´s nachts, en hoogstwaarschijnlijk ook overdag, nog te zien Wat overblijft is een neutronen ster, een ster bestaande uit alleen maar neutronen, of, wanneer deze nog zwaarder is, een zwart gat.

Een foto van een supernova gemaakt door NASA

Er wordt vaak gezegd dat zwarte gaten alles op eten wat in de buurt komt. Dit is echter heel erg misleidend. Stel dat de Zon een zwart gat zou worden, dan zou de Aarde nog steeds op dezelfde manier en afstand om de Zon heen draaien. Dit komt omdat zwaartekracht niet met de grote van een object te maken heeft, maar met de massa. Als de Zon een zwart gat zou worden, zou deze de Aarde dus niet opeten. Het is eerder zo dat een zwart gat alles eet wat te dicht in de buurt komt.

Wat zijn de verschillende soorten zwarte gaten?

  • Miniatuur zwarte gaten. Dit zijn zwarte gate gaten die misschien net zo zwaar zijn als een asteroïde of een huis. Deze kleine zwarte gaten worden soms ook in verband gebracht met donkere materie. Het zou de extra onzichtbare massa kunnen verklaren. Dit is niet heel aannemelijk. Hawkingstraling zorgt ervoor dat deze zwarte gaten verdampen. Hierover later meer.
  • Stellair zwart gat. Dit is het soort zwarte gat waar ik het eerder over had. Deze soort gaten zijn ontstaan uit een ster die te zwaar is om een neutron ster te zijn. Een andere mogelijkheid om aan een ster met voldoende massa te komen is als een ster, die geen zwart gat zou worden, een andere ster op eet. Zo heeft de oorspronkelijke ster ineens veel meer massa en kan deze imploderen tot een zwart gat. Dit soort zwarte gaten kunnen 10-100 keer zo zwaar als de Zon zijn.
  • Tussenliggende zwarte gaten. Dit zijn zwarte gaten die een massa hebben van ongeveer 100 tot 1.000.000 keer de massa van de Zon. In tegenstelling tot andere soorten zwarte gaten zijn dit soort gaten heel lastig te vinden. Dit soort zwarte gaten zijn waarschijnlijk te vinden in bolvormige sterrenhopen (een bolvormige groep sterren die rond een sterrenstelsel draait). Ook kunnen ze in kleinere sterrenstelsels voorkomen.
  • Superzwaar zwart gat. Dit zijn zwarte gaten die zich in het midden van sterrenstelsel bevinden. Dit soort zwarte gaten zijn al snel miljoenen keren zo zwaar als de Zon. Maar er zijn ook superzware zwarte gaten van miljarden! keren de massa van de Zon.

Zwaartekrachtgolven en LIGO

Zwaartekrachtgolven zijn golven die door het heelal reizen. Deze golven ontstaan wanneer twee zwarte gaten dicht om elkaar heen draaien voordat ze samensmelten tot één groter zwart gat. Deze golven kunnen ook gemeten worden. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) is een Amerikaans project waar zwaartekrachtgolven worden gemeten.

Als een zwaartekrachtgolf de opstelling passeert, worden de spiegels in het gebouw een beetje uitgerekt en ingekrompen. De spiegels rekken door de golven maar 10⁻¹⁸ meter uit. Zelfs dit kleine verschil is te meten. Met de metingen kan er worden onderzocht hoe zwaar de zwarte gaten waren voordat deze samensmolten tot één.

Virgo is de Europese variant van LIGO en ziet er hetzelfde uit.

De oudste zwarte gaten

Primordiale zwarte gaten. Dit zijn zwarte gaten die in het begin stadium van het universum zijn gevormd. In het beginstadium van het heelal net na de oerknal hadden hoge dichtheden op plaatsen kunnen leiden tot het ineenstorten van materie tot een zwart gat. Deze zwarte gaten zijn echter nog niet ontdekt.

Wel is er aanleiding om te geloven dat deze gaten bestaan. LIGO heeft meerdere botsingen van zwarte gaten ontdekt. Er zit een duidelijke grens in de gemeten massa´s van de zwarte objecten. Zo zijn er botsingen van zwarte gaten gemeten waarvan de massa van de zwarte gaten 10 keer zo massief zijn als de Zon, en massa´s van zwarte gaten van 30-40 keer de massa van de Zon. Hierom wordt er gedacht dat zwarte gaten die 30-40 keer zo zwaar zijn als de Zon wellicht de kleinste van de primordiale zwarte gaten zijn.

Hawkingstraling

Het is bekend dat een zwart gat geen straling uitzendt. Licht en materie kan het zwarte gat immers niet verlaten. Toch is daar recentelijk verandering in gebracht toen Stephen Hawking in 1975 aantoonde dat zwarte gaten wel degelijk straling afgeven.

Materie aan de rand van het zwarte gat kan zich splitsen in twee kleinere deeltjes. Een van de twee deeltjes valt terug in het zwarte gat terwijl de andere zich los maakt van het zwarte gat. Zo verliest het zwarte gat toch nog massa. Dit principe komt uit de quantum mechanica.

Grote zwarte gaten hebben hier weinig last van. Zij absorberen veel meer dan dat ze verliezen door deze hawkingstraling. Een kleiner zwart gat verliest steeds meer massa aan hawkingstraling dan dat het absorbeert. Hoe kleiner het zwarte gat, hoe sneller deze uiteindelijk zal verdampen. Daarom is het dus onaannemelijk dat er miniatuur zwarte gaten zorgen voor de donkere materie. Dit soort zwarte gaten kunnen wel bestaan, maar zullen al snel verdampen.