Zwart gat

Een zwart gat is wat overblijft van een grote ster (die wordt een rode superreuspiemel genoemd) die sterft en onder invloed van zijn eigen zwaartekracht in elkaar klapt. Alle massa van de ster komt dan samen op één plek. Het zwarte gat dat is ontstaan slokt alles om zich heen op, zelfs licht – het allersnelste wat er is – kan niet meer ontsnappen. Alleen via de waarnemingshorizon waar licht nog net kan ontsnappen slokt het zwart gat het niet op. Daarom heet het een zwart gat. Het is niet zo dat een zwart gat oneindig kan blijven opslokken. Als een zwart gat te veel eet, spuugt hij het via 2 stralen weer uit via de 2 polen van het zwarte gat.

Omdat de speciale relativiteitstheorie zegt dat naarmate er ergens meer massa is, de tijd steeds langzamer verstrijkt, zou de tijd in theorie helemaal stilstaan als je je in de nabijheid van een zwart gat bevond.

Astronomen vermoeden dat vele melkwegstelsels extreem zware zwarte gaten herbergen in hun kernen. Deze zwarte gaten hebben een massa van meer dan een miljoen zonnen.

Onderzoek

Voor zover bekend zijn er in het heelal alleen zwarte gaten die zijn ontstaan uit ingestorte sterren, maar misschien bestaan er ook wel zwarte gaten zo groot als atomen of nog kleiner of hebben die ooit bestaan, bijvoorbeeld vlak na de oerknal. Die zouden dan nog steeds behoorlijk zwaar zijn, als je bedenkt dat een zwart gat van slechts een of een paar centimeter al evenveel zou wegen als de hele Aarde! In de Large Hadron Collider in Zwitserland wordt onder andere gekeken of zulke zwarte gaten echt kunnen ontstaan als kwantumdeeltjes op elkaar botsen. Zulke kleine zwarte gaten zouden vrijwel meteen verdampen door de hawkingstraling.

Er is onderzoek gedaan naar waar alle materie en energie dat wordt opgezogen door een zwart gat, naartoe gaat. Het schijnt dat het zwarte gat één dieptepunt heeft waar alles zich ophoopt, dit wordt een singulariteit genoemd.

Classificering

Zwarte gaten zijn tot dusver te verdelen in vier categorieën:

• Minuscule zwarte gaten: dit zijn zwarte gaten die een gewicht (massa) hebben van grofweg 0,02 milligram (0,00002 gram), tot die van ongeveer onze maan (73500000000000000000000 kilogram). Deze zwarte gaten zijn tot dusver volledig theoretisch: er is geen bewijs gevonden dat zij bestaan. Door de zogeheten Hawkingstraling (het fenomeen dat zwarte gaten bepaalde temperaturen en straling (deeltjes) uitzenden vanaf een zekere afstand (net buiten de horizon/grens van het zwarte gat)), ontsnappen er deeltjes van het zwarte gat (die net buiten de aantrekkingskracht van het gat liggen) waardoor het zwarte gat erg langzaam, afhankelijk van de omvang (grootte), verdampt of oplost, omdat het energie en dus uiteindelijke grootte verliest. Dit betekent dat zulke kleine/minuscule zwarte gaten binnen enkele seconden, of zelfs nog sneller, verdampen en dus niet meer bestaan. Een theorie, of denkwijze, over het ontstaan van zulke zwarte gaten is dat aan het begin van ons universum, kort na de oerknal, er een enorme externe druk (druk van buitenaf, alsof je een pakje drinken samenperst) aanwezig was. Waardoor zulke minuscule zwarte gaten zijn ontstaan en vermoedelijk ook zeer snel zijn verdampt/verdwenen. Doordat minuscule zwarte gaten mogelijk gecreëerd zijn door externe druk (druk van buitenaf), is het in theorie mogelijk om via de Large Hadron Collider, zulke zwarte gaten te produceren. De Large Hadron Collider vuurt namelijk minuscule deeltjes op elkaar af, waardoor deze deeltjes weliswaar ontploffen en er (nog) kleinere deeltjes ontstaan. Er ontstaat ook enorm veel druk hierdoor, waardoor het mogelijk is, in theorie, om minuscule zwarte gaten te produceren.
  

  Het meest recente en duidelijkste beeld van een zwart gat ooit genomen in 2019.
• Stellaire zwarte gaten: dit zijn zwarte gaten die ontstaan zijn uit een supernova. Dit soort zwarte gaten hebben een massa (gewicht) van ongeveer 5 tot 100 zonmassa's [2].
• Middelgrote zwarte gaten: dit zijn zwarte gaten met een massa van ongeveer 500 tot 1000 zonmassa's. Over dit soort zwarte gaten is niet veel bekend. Dit is namelijk een tussenklasse.
• Superzware zwarte gaten: dit zijn de grootste zwarte gaten die wij tot dusver hebben kunnen waarnemen. Deze zwarte gaten hebben een massa van ongeveer vijftigduizend tot vele miljoenen zonmassa's. Door de enorme zwaartekracht van zulke zwarte gaten, zal tijd in theorie stil kunnen staan in de directe omgeving van zo'n enorme zwarte gat.

Invloed op de ruimte

Zwarte gaten zijn zo enorm zwaar, dat zij een invloed hebben op de omgeving (de ruimte). Onze aarde heeft een bepaalde zwaartekracht, een kracht die continu aan jou trekt. Zwarte gaten hebben in tegenstelling tot de aarde geen oppervlak om op te staan, maar wel een zwaartekracht die duizend maal sterker is dan waar wij mee te maken hebben. De invloed die een zwart gat uitoefent op de omgeving, de ruimte, is te vergelijken met wanneer je een bowlingbal op een ongespannen tafelkleed legt. De kuil die hierdoor ontstaat is alleen met een zwart gat vele malen extremer. Vanaf een bepaald punt- astronomen noemen dit ook wel de waarnemingshorizon van een zwart gat- is het zwarte gat zo stijl, dat je er niet meer uit kunt komen. Er is zo'n grote zwaartekracht aanwezig, dat je als het ware in het zwarte gat wordt gezogen en er niet meer uit kunt komen.

De kromming van de ruimtetijd door massa (de aarde in dit voorbeeld) en energie. Door de kromming van de ruimtetijd is het raster als het ware vergroot/verbreed, hierdoor verloopt tijd veel langzamer rondom zware objecten [1].

Volgens Albert Einstein's algemene relativiteitstheorie bestaat ons universum uit een soort vierdimensionaal raster wat wordt beschreven als ruimtetijd. Wij, de mens, kan alleen een driedimensionaal systeem zien, namelijk LxBxH (Lengte x breedte x hoogte) ook wel een locatie of plaats genoemd. Er is bewezen dat er een hogere orde dimensie bestaat, namelijk een vierde dimensie: tijd. Tijd kunnen wij alleen niet zien maar wel waarnemen. De algemene relativiteitstheorie legt uit dat tijd en ruimte (de voor ons drie zichtbare, samen met de vierde dimensie: tijd) met elkaar verweven zijn in één structuur, of raster: ruimtetijd.

Tijdreizen

Veel mensen, zowel wetenschappers als jij en ik, zijn enorm benieuwd naar de oude vraag: is tijdreizen mogelijk? Tot dusver is er geen concreet bewijs dat je in een moment in het verleden of de toekomst kunt stappen. Wel is onder andere dankzij Einstein bewezen dat je relatief makkelijk de toekomst in kunt reizen. In de natuurkunde en astronomie wordt dit ook wel de ''Twin-paradox'' genoemd. Stel jij hebt een tweeling. Jij gaat met een raket naar de dichtstbijzijnde ster (op de zon na) met een zeer hoge snelheid, dan verloopt de tijd langzamer voor jou. Volgens de speciale relativiteitstheorie verloopt de tijd langzamer voor de desbetreffende waarnemer die met een zeer hoge snelheid reist of voor de waarnemer die reist in een omgeving met een zeer hoge zwaartekracht.

Om terug te komen op de ''Twin-paradox'', als jij met een zeer hoge snelheid reist, met bijvoorbeeld 99,9% van de snelheid van het licht, dan tikt jouw klok 4,5% zo snel, dus 95,5% langzamer, dan de klok van jouw tweeling die nog op de aarde is. Tijd verloopt voor jou veel en veel langzamer. Na 5 jaar, ben jij 5 jaar ouder, maar is jouw tweeling 110 jaar ouder [3].

Over het terugreizen in de tijd is nogal veel onduidelijk, zo zijn er alleen theorieën over hoe en wat. Zo zeggen de ene wetenschappers, dat je de kromming van de ruimtetijd rondom een zwart gat, kunt gebruiken om de tijd voor de waarnemers in een cirkel te buigen. Hierdoor kun je terug in de tijd reizen [4].

Ook zijn er theorieën om in de 4e dimensie te komen. Wij kunnen alleen een 3e zien (locatie of plaats) en de 4e alleen waarnemen (tijd). Het kan dat wanneer je in een zwart gat belandt, je in die 4e dimensie kunt komen en dus volledige controle en zintuigelijke waarneming hebt van tijd. Ook is er de mogelijkheid om in een bepaalde baan rondom een zwart gat te reizen, waardoor op een moment de tijd achteruitgaat, als gevolg van de enorme zwaartekracht en buiging van de ruimtetijd. Dit is allemaal speculatie (nog nooit getest), omdat de mens nog nooit dichtbij of in een zwart gat is geweest.

Temperatuur en entropie

Als je een scheutje melk in je koffie giet, neemt de entropie in je kopje toe wanneer de melk zich verspreidt door de koffie. Daarom gebeurt dit spontaan. De overige natuurwetten verbieden niet dat die melk zich uit de koffie weer spontaan samentrekt tot een scheutje pure melk. Maar omdat daarbij de entropie zou afnemen, zie je dit nooit gebeuren.

In 1970 redeneerde/bedacht Jacob Bekenstein dat zwarte gaten een zeer hoge mate van entropie (chaos, mate van waarschijnlijkheid. Hoe groter de chaos, hoe groter de entropie) moesten hebben of konden hebben, met de gedachte dat entropie in het gebied buiten de waarnemingshorizon, wanneer er materie en energie in het zwarte gat wordt gezogen. Dit idee werd verworpen/afgekeurd, omdat men dacht dat alles wat in een zwart gat beland, voorgoed is verdwenen, en daarmee ook de entropie. Vier jaar later, in 1974, ontdekte Stephan Hawking, door het observeren van fotonenparen (licht/energiedeeltjes) nabij de waarnemingshorizon van een zwart gat, waarvan er één in het zwarte gat verdween, terwijl de ander juist verder weg werd geslingerd - dat zwarte gaten wel degelijk straling (de Hawkingstraling) uitzenden en sterker nog, een temperatuur hebben die boven het absolute nulpunt (0 Kelvin of −273,15 graden Celsius ligt. Door dit te meten, moet er ook sprake zijn van entropie in zwarte gaten. Die entropie schijnt volgens formules en berekeningen enorm hoog te zijn.

Hawking kwam ook tot de conclusie dat naarmate een zwart gat minder massa heeft, een hogere temperatuur heeft en meer straling uitzendt (Hawkingstraling).

Zie ook

https://www.scienceinschool.org/nl/2013/issue27/blackholes

Voor informatie en practica (onderzoekjes) die je kunt uitvoeren :).