Alai

Zwarte gaten lijken het onderwerp van science fiction te zijn (en spelen zelfs een hoofdrol in veel science fiction boeken en films), dus het is niet ongewoon dat mensen zich afvragen of zwarte gaten echt zijn? Het antwoord blijkt ja te zijn, hoewel de meeste wetenschappers er lange tijd van overtuigd waren dat zwarte gaten puur theoretische objecten waren.

Zijn zwarte gaten echt? Het idee van een zwart gat

Het concept van een zwart gat werd voor het eerst bedacht door een Engelse amateur-astronoom genaamd John Michell in 1783. Michell werkte onder de Newtoniaanse veronderstelling dat lichtdeeltjes massa hadden. Gebruikmakend van Newtons vergelijking voor de zwaartekracht, stelde Michell voor dat als er een object zou zijn met 500 keer de straal van de zon, maar met de gemiddelde dichtheid van de zon, de ontsnappingssnelheid sneller zou zijn dan de snelheid van het licht. Een paar jaar later kwam de Franse wiskundige en astronoom Simon Pierre Laplace tot een soortgelijke conclusie over de vraag of zwarte gaten echt zijn

Helaas werden de speculaties van Michell en Laplace in de wetenschappelijke gemeenschap niet serieus genomen, omdat er eenvoudigweg geen bewijs was voor het bestaan van dergelijke exotische objecten in het heelal, of voor een antwoord op de vraag of zwarte gaten echt zijn? Bovendien bevestigde het dubbele spleet-experiment van Thomas Young in 1803 het golfkarakter van licht, en het leek onmogelijk dat de zwaartekracht enige invloed zou kunnen hebben op massaloze golven.

Maar in 1905 toonde Einstein met het foto-elektrisch effect aan dat licht bestaat uit massaloze deeltjes, fotonen genaamd. Bovendien bewees zijn algemene relativiteitstheorie, die in 1915 werd gepubliceerd, dat de zwaartekracht deze deeltjes kon beïnvloeden, ook al hadden ze geen massa. Volgens de relativiteit ontstaat de zwaartekracht doordat massieve objecten de omringende ruimtetijd (de drie ruimtelijke dimensies en de tijd gecombineerd in een vierdimensionaal continuüm) kromtrekken. Omdat zelfs massaloze deeltjes zoals fotonen aan de kromming van de ruimtetijd zouden moeten gehoorzamen, kan de zwaartekracht inderdaad licht beïnvloeden.

In 1916 loste Karl Schwarzschild de algemene relativiteitsvergelijkingen van Einstein op om de straal te bepalen van een voorwerp waarvan de ontsnappingssnelheid groter zou zijn dan de lichtsnelheid. Einstein zelf beweerde echter dat de mogelijkheid van een zwart gat niet meer was dan een wiskundige curiositeit – een interessante voorspelling van de algemene relativiteit, maar geen nauwkeurige weergave van de werkelijkheid. Pas halverwege de twintigste eeuw, toen neutronensterren werden ontdekt, begonnen astrofysici serieus te overwegen of objecten die zo compact zijn als zwarte gaten ook werkelijk konden bestaan.

Bewijs voor zwarte gaten

In de afgelopen decennia hebben wetenschappers veel waarnemingsbewijs verzameld voor het beantwoorden van de vraag: “Zijn zwarte gaten echt?” Zoals de naam al aangeeft, kunnen we zwarte gaten zelf niet zien, maar we kunnen wel het effect waarnemen dat een zwart gat op zijn omgeving heeft. Als zwarte gaten de materie om zich heen verslinden, vormt deze materie een accretieschijf, die voornamelijk straalt in de röntgenband van het elektromagnetische spectrum.

Wanneer zwarte gaten in meervoudige stersystemen voorkomen, kunnen we bovendien getuige zijn van hun gravitationele effecten op de zichtbare begeleidende sterren. De eerste echte kandidaat voor een zwart gat, Cygnus X-1, die tijdens een ballonvlucht in 1964 werd ontdekt vanwege zijn sterke röntgenstraling, werd later herkend als een zwart gat vanwege zijn zwaartekrachtseffect op een massieve ster die strak in een baan om de aarde draaide. Evenzo werd het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg, Sagittarius A*, bevestigd door astronomen die de baan van ster S0-2 (afgekort S2) gedurende zijn 15 ½ jaar volgden.

Interesse gewekt? Duik dieper: leer hoe astronomen de geschiedenis van zwarte gaten onthullen, ontdek hoe zwarte gaten het heelal kunnen hebben gevormd, en neem een kijkje in een nieuw wereldwijd instrument dat ons binnenkort in staat zal stellen een zwart gat daadwerkelijk in beeld te brengen. Vul uw e-mailadres in om u aan te melden voor de Sky and Telescope-nieuwsbrief en uw GRATIS eBook over zwarte gaten te downloaden.