Zwarte gaten zijn gebieden in de ruimte waar zoveel massa is in een klein volume dat er een waarnemingshorizon is - een gebied in de ruimte waaruit niets, zelfs geen licht, kan ontsnappen. Dit betekent echter niet dat zwarte gaten materie opzuigen. Ze trekken haar gewoon aan. Wetenschapsredacteur Forbes verdrijft een van de mythen over zwarte gaten.
Zwarte gaten zijn gebieden in de ruimte waar zoveel massa is in een klein volume dat er een waarnemingshorizon is - een gebied in de ruimte waaruit niets, zelfs geen licht, kan ontsnappen. Maar dit betekent niet dat zwarte gaten materie opzuigen. Ze trekken haar gewoon aan.
Zwarte gaten zijn misschien wel de vreemdste en meest verbazingwekkende objecten in het universum. Daar is een enorme massa geconcentreerd in een heel klein volume, en zwarte gaten storten onvermijdelijk ineen tot een staat van singulariteit, omgeven door horizon van gebeurtenissen, waarboven niets kan gaan. Dit zijn de dichtste objecten in het universum. Als iets te dicht bij hen komt, scheuren de krachten van het zwarte gat het uit elkaar. Wanneer materie, antimaterie of straling de waarnemingshorizon passeert, vallen ze eenvoudig in het midden van het zwarte gat, vergroten het en vergroten het de massa ervan.
Deze eigenschappen van zwarte gaten bestaan, en het is allemaal waar. Maar er is één idee aan verbonden, en dat is een absolute fictie: dat zwarte gaten de materie om hen heen opzuigen. Dit is verre van waar, en het is een complete vertekening van het beeld van de zwaartekracht. De grootste mythe over zwarte gaten is dat ze materie opzuigen. En hier is de wetenschappelijke waarheid.
In principe en praktisch gezien kan een zwart gat op verschillende manieren ontstaan. Een grote, zware ster kan een supernova worden, waarvan de centrale kern instort en een zwart gat vormt. Je kunt zien hoe twee neutronensterren samensmelten, en als ze een bepaalde massadrempel overschrijden, is het resultaat een nieuw zwart gat. Ofwel een enorm cluster van materie (een superzware ster of een gigantische wolk van krimpend gas) stort in en verandert direct in een zwart gat.
Als er voldoende massa is in een voldoende geconcentreerd ruimtevolume, wordt er een waarnemingshorizon omheen gevormd. Als we ons buiten de waarnemingshorizon bevinden, kunnen we ervan weggaan als we ons met de snelheid van het licht van het zwarte gat verwijderen. Maar als we ons binnen de waarnemingshorizon bevinden, dan zal zelfs bij de lichtsnelheid, die de limiet van de kosmische snelheid is, elk bewegingspad ons nog steeds naar het centrum van het zwarte gat leiden, dat wil zeggen naar de singulariteit. Binnen de waarnemingshorizon is het simpelweg onmogelijk om uit een zwart gat te ontsnappen.
Maar ook objecten buiten het zwarte gat hebben veel problemen. Zwarte gaten zijn zo enorm dat als we dichter bij een van hen komen, we aanzienlijke getijdenkrachten beginnen te ervaren. U bent wellicht bekend met deze getijdenkrachten als u weet wat de maan is en hoe deze met de aarde samenwerkt.
Natuurlijk kunnen de maan en de aarde worden beschouwd als materiële punten, ver van elkaar verwijderd op een relatief grote afstand van 380 duizend kilometer. Maar in feite is de aarde geen punt, maar een object dat een bepaald en vrij reëel volume inneemt. Sommige delen van de aarde zijn dichter bij de maan dan andere. Degenen die dichterbij zijn, ervaren de aantrekkingskracht meer dan gemiddeld. Degenen die verder weg zijn, ervaren een minder dan gemiddelde zwaartekracht.
Promotie video:
Maar er zijn nog meer kenmerken dan het verschil in afstand. Zoals alle fysieke objecten is de aarde driedimensionaal. Dit betekent dat de "bovenkant" en "onderkant" van de aarde (gezien vanaf de maan) naar binnen worden getrokken, naar het midden toe ten opzichte van die delen die zich in het midden bevinden.
Met dit alles, als we de gemiddelde kracht die op enig punt op de aarde aanwezig is, aftrekken, zullen we zien dat verschillende punten op het oppervlak op verschillende manieren worden blootgesteld aan externe krachten van de maan. De lijnen van deze krachten vormen de relatieve krachten die op het object inwerken en verklaren waarom het object onder invloed van de getijdekracht er naartoe wordt getrokken en loodrecht op de richting van deze kracht wordt samengedrukt.
Hoe meer we dichter bij een enorm object komen, hoe meer getijdenkrachten er worden. Ze groeien zelfs sneller dan de zwaartekracht! Omdat zwarte gaten een enorme massa hebben maar erg compact zijn, creëren ze de krachtigste getijdekrachten in het universum. Om deze reden strekken we ons naarmate we het zwarte gat naderen steeds meer uit en worden we als dunne spaghetti.
Op basis hiervan is het heel gemakkelijk te begrijpen waarom een zwart gat ons naar binnen kan zuigen. Hoe meer we het naderen, hoe krachtiger de aantrekkingskracht wordt en hoe meer de getijdenkracht ons begint uit te rekken en te verscheuren.
Het idee dat we in een zwart gat kunnen worden gezogen, is echter verkeerd. Elk deeltje waaruit een object bestaat dat onder invloed is van een zwart gat, gehoorzaamt nog steeds aan de bekende natuurkundige wetten, inclusief de regel van de kromming van ruimte-tijd uit de algemene relativiteitstheorie.
Ja, vanwege de aanwezigheid van massa buigt het weefsel van de ruimte en is het zwarte gat de grootste accumulatie van massa in het universum. Maar het is ook waar dat de dichtheid van deze massa op geen enkele manier de kromming van de ruimte beïnvloedt. Als een witte dwerg, neutronenster of zwart gat met dezelfde massa in plaats van de zon wordt geplaatst, zal de zwaartekrachtinvloed op de aarde niet veranderen. De ruimte om ons heen wordt gekromd door de totale massa als geheel, en dichtheid heeft er praktisch niets mee te maken.
Van een afstand lijkt een zwart gat op elke andere massa in het universum. Maar als we het naderen op een minimale afstand van verschillende stralen van de Schwarzschild-bol, dan beginnen we afwijkingen van de Newtoniaanse zwaartekracht op te merken. Het zwarte gat fungeert echter nog steeds eenvoudig als een zwaartepunt, en objecten die het naderen, draaien in een normale baan rond: een cirkel, ellips, parabool of hyperbool met een zeer goede benadering.
Getijdenkrachten kunnen ervoor zorgen dat naderende objecten zich uitstrekken en uit elkaar worden gescheurd. En omdat materie zich rond het zwarte gat ophoopt in de vorm van een accretieschijf, kunnen extra gevolgen optreden zoals magnetische velden, wrijving en verhitting. Door deze extra impact zal een deel van de materie vertragen en worden opgeslokt door het zwarte gat, maar het meeste zal nog steeds buiten blijven.
Feit blijft dat zwarte gaten niets opzuigen. Alle andere gewone objecten (manen, planeten, sterren) hebben dezelfde krachten die een zwart gat bezit. Hoe dan ook, het is allemaal gewoon zwaartekracht. Het grootste verschil is dat zwarte gaten dichter zijn dan de meeste objecten, veel minder volume in de ruimte innemen en veel massiever kunnen zijn dan elk ander object. Saturnus vliegt stilletjes in zijn baan rond de zon, maar als we in plaats van de zon in het centrum van de Melkweg een zwart gat plaatsen met een massa van vier miljoen keer de massa van onze ster, dan zullen de getijdekrachten Saturnus breken, het veranderen in een gigantische ring, en het zal een integraal onderdeel worden van de aanwasschijf hetzelfde zwarte gat. En als er voldoende wrijving, verwarming en versnelling is in de aanwezigheid van zwaartekracht gegenereerd door materie,elektrische en magnetische velden, en na verloop van tijd zal het naar binnen vallen en worden ingeslikt.
Het lijkt er alleen op dat zwarte gaten materie absorberen, omdat ze erg massief zijn, en getijdekrachten en materie die zich rond het zwarte gat hebben opgehoopt samen externe objecten in stukken kunnen scheuren, waarna een deel van zo'n object, onder invloed van de trekkracht, zich in de aanwasschijf zal bevinden, en na verloop van tijd en in het zwarte gat zelf. Maar het zwarte gat is erg kieskeurig, en de overgrote meerderheid van de materie die er dichtbij passeert, wordt in een of andere vorm weer uitgespuugd. En slechts een klein deel komt binnen de waarnemingshorizon, waardoor het zwarte gat geleidelijk groeit.
Als we alle massa in het heelal vervangen door een zwart gat met de overeenkomstige massa, en dan alles verwijderen dat wrijving veroorzaakt, bijvoorbeeld accretieschijven, dan zal het zwarte gat heel weinig opzuigen. De deeltjes zullen alleen wrijving ondergaan als gevolg van de straling van zwaartekrachtgolven, die door de gekromde ruimtetijd gaan die door het zwarte gat wordt gegenereerd. Volgens de theorie van Einstein zal alleen die materie die zich in en in het centrum van een stabiele cyclische baan bevindt, van binnen worden geabsorbeerd. Dit is te verwaarlozen vergeleken met wat er binnen de waarnemingshorizon valt in onze fysieke realiteit.
Als resultaat hebben we alleen de zwaartekracht en de gekromde ruimte-tijd die voortkomen uit de aanwezigheid van deze massa's. Het idee dat zwarte gaten iets naar binnen zuigen, is de grootste mythe. Ze nemen toe door de zwaartekracht, en niets anders. Maar in het heelal is dit meer dan genoeg.
Ethan Siegel
