Chandra
ontdekt nieuwe klasse zwarte gaten
Missing
link biedt mogelijk nieuwe inzichten in vorming van zwarte gaten -
13-09-2000
Dankzij
de hoge resolutie-afbeeldingen van het Chandra X-ray Observatory heeft
een internationaal team van wetenschappers een zwart gat van een nieuwe
klasse ontdekt. Het gaat om een middengewicht dat, tot deze ontdekking,
de missing link vormde tussen kleine zwarte gaten met enkele keren
de massa van de zon en supermassieve zwarte gaten met enkele miljoenen
tot enkele miljarden zonmassa.
Zwarte gaten: vraatzucht in het heelal
Twintig jaar geleden waren zwarte gaten nog theoretische constructies
en was lang niet iedereen ervan overtuigd dat deze fenomenen ook een
realistische tegenhanger hadden. Nu zijn al meer dan 30 supermassieve
zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels ontdekt, samen met
een aantal kleinere neefjes.
Een zwart gat is een gebied waar de zwaartekracht zo sterk is dat
zelfs licht er niet aan kan ontsnappen en wordt gevormd door een singulariteit,
een punt met een oneindige dichtheid. Wat in een zwart gat gebeurt
kan vergeleken worden met een kanonskogel die vanop aarde de lucht
wordt ingeschoten. Onder invloed van de zwaartekracht zal de kogel
terug op aarde neervallen. Tenzij hij wordt afgeschoten met een voldoende
grote snelheid,ontsnappingssnelheid genoemd. In een zwart gat is de
zwaartekracht zo groot dat de ontsnappingssnelheid hoger ligt dan
de lichtsnelheid, zodat ook licht zich niet aan de invloed van de
zwaartekracht kan onttrekken. Een zwart gat wordt afgebakend door
een bolvormige gebeurtenishorizon, waar de ontsnappingssnelheid de
snelheid van het licht is. Alles wat zich binnen de gebeurtenishorizon
bevindt zal in het zwart gat gezogen worden.
Tot voor kort werden maar twee soorten zwarte gaten geobserveerd.
Kleinere, die een massa hebben die overeenkomt met enkele keren die
van de zon en supermassieve zwarte gaten, die zich in het midden van
een sterrenstelsel bevinden en een massa hebben van enkele miljoenen
tot zelfs enkele miljarden keren die van onze zon. Een klein zwart
gat vormt zich wanneer een ster instort. In een actieve ster zijn
gelijktijdig twee processen werkzaam, die ervoor zorgen dat de ster
stabiel blijft. Nucleaire fusie zorgt ervoor dat de waterstof naar
buiten gestuwd wordt, terwijl de aantrekkingskracht die waterstof
weer naar binnen trekt. Wanneer de waterstof uitgeput is, zal alleen
de zwaartekracht werkzaam blijven en zal de ster instorten onder haar
eigen gewicht. Niet elke ster die uitgewerkt is vormt een zwart gat,
daarvoor moet de massa groot genoeg zijn. Een ster met een massa tot
1,4 maal die van de zon zal een witte dwerg worden en wanneer de massa
tussen de 1,4 en 3 keer die van de zon is wordt de gedoofde ster een
neutronenster. Slechts wanneer de massa van een ster groter is dan
3 zonmassa wordt een zwart gat gevormd. Hoe de supermassieve variëteit
ontstaat is nog niet duidelijk.
Eindelijk
ook medium-maten
Dat zich ergens in het heelal ook middengewicht zwarte gaten zouden
bevinden werd al langer vermoed en er werden ook aanwijzingen in die
richting gevonden. Het is echter pas dankzij de recente beelden van
het Chandra X-ray Observatory (CXO) dat het zo goed als vaststaat
dat het hier daadwerkelijk om deze ‘missing link’ gaat.
Het CXO is met een lengte van bijna 14 meter de grootste satelliet
die ooit door de Space Shuttle in een baan rond de aarde werd gebracht.
De hoogte waarop de satelliet rondcirkelt is 200 maal hoger dan die
van de Hubble Ruimtetelescoop en het observatorium is zo krachtig
dat het in staat zou zijn een verkeersbord op een afstand van 20 kilometer
te lezen. Het CXO is echter, zoals de naam al enigzins laat vermoeden,
bedoeld om x-stralen waar te nemen. Dat zijn hoog-energetische, onzichtbare
vormen van licht, die in de kosmos ontstaan als gas door extreme condities
wordt verhit tot ettelijke miljoenen graden. Dat maakt het CXO bijzonder
geschikt om zwarte gaten op te sporen. Zwarte gaten slokken immers
deeltjes op, die door de snelheid opwarmen en x-stralen zullen uitzenden.
Al in de jaren ‘80 was men tot de conclusie gekomen dat de bekende
fysische principes de vorming van zwarte gaten van middelmatige grootte
niet in de weg stonden. Tijdens de afgelopen jaren werd al een paar
keer aangekondigd dat men een medium zwart gat had gevonden. Maar
die vondsten waren telkens gebaseerd op oudere data van x-stralen
satellieten die niet toelieten te bepalen of het om een middengewicht
zwart gat ging, of meerdere kleine zwarte gaten die zich relatief
dicht bij elkaar bevonden. Bovendien was het niet mogelijk op basis
van deze gegevens een exacte positie te bepalen van de bron van de
x-stralen.
Het CXO is er wel in geslaagd dit te doen, overigens op aanwijzen
van de oudere satellietgegevens. Het zwart gat bevindt zich ongeveer
600 lichtjaar van het centrum van het sterrenstelsel M-82. De exacte
grootte kon men nog niet bepalen, maar zou ongeveer 500 maal de massa
van de zon bedragen. Het zwart gat zelf zou de grootte van de maan
benaderen.
De grootte van een zwart gat wordt afgeleid van schommelingen in de
intensiteit van de x-stralen die van het gat afkomstig lijken te zijn
(maar in werkelijkheid afkomstig zijn van deeltjes die in het zwart
gat verdwijnen). Dit fenomeen vertoont overeenkomsten met het luiden
van een klok, zo zegt astrofysicus Philip Kareet, een van de betrokken
onderzoekers. Hoe lager de frequentie van de schommelingen, hoe groter
het zwart gat. De intensiteit van het zwart gat in M-82 stijgt en
daalt elke 10 minuten.
Ook van medium zwarte gaten is onbekend hoe ze gevormd worden. Ineenstorting
van een ster lijkt, vanwege de grote massa, onwaarschijnlijk, maar
blijft een hypothese. Misschien is het wel een in elkaar geklapte
hyperster, of een zwart gat dat is ontstaan door de samensmelting
van meerdere kleinere zwarte gaten, eventueel extra gekruid met enkele
neutronensterren. Bovendien blijft de vraag hoe supermassieve zwarte
gaten ontstaan onbeantwoord. Met de recente waarnemingen en de hoop
dat deze bieden op de ontdekking van nog meer medium zwarte gaten,
hopen kosmologen een beter inzicht te krijgen in dergelijke vraagstukken.
(DdV)
Related links:
De Naked
Singularity biedt gebalde informatie over zwarte gaten.
De website van Stephen Hawking
een van de belangrijkste theoretici ivm zwarte gaten.
Informatie omtrent zwarte gaten van de universiteit van
Cambridge .
©
David de Vaal
