Praktische opdracht ANW Zwarte gaten

Transcriptie

1 Praktische opdracht ANW Zwarte gaten Praktische-opdracht door een scholier 2138 woorden 2 mei ,9 64 keer beoordeeld Vak ANW Inleiding. Al heel lang speelt het heelal een rol in onze samenleving. Oude beschavingen hebben veel sterrenbeelden bedacht en sterren namen gegeven. In onze samenleving is het heelal nogsteeds erg belangrijk voor onze wetenschap. Een tijd geleden (in 1967) werd het eerste zwarte gat ontdekt. Sindsdien staan mensen voor vele raadsels. Want wat zijn zwarte gaten eigenlijk? Hoe kan het komen dat een zwart gat zo een enorme aantrekkingskracht heeft dat zelfs licht erin verdwijnt? Veel mensen vinden zwart gaten moeilijk te begrijpen, terwijl ze eigenlijk best logisch in elkaar zitten. We hebben een paar hoofdstukjes gemaakt waarin we uitleggen wat zwarte gaten eigenlijk zijn, hoe ze ontstaan, waaruit een zwart gat bestaat en meer van dat soort onderwerpen. Wat zijn zwarte gaten? Deze term wordt gebruikt in de astronomie. Met zwarte gaten bedoelen ze een object in de ruimte, dat een enorme aantrekkingskracht heeft. Zo een sterke aantrekkingskracht dat niets uit zijn omgeving eraan kan ontsnappen, en dat zelfs licht wordt opgeslokt vandaar de naam zwarte gaten. Licht reist met de snelheid van km/s, moet je je voorstellen hoe groot de aantrekkingskracht van een zwart gat dan moet zijn! Het vinden van zwarte gaten. We kunnen zwarte gaten niet direct waarnemen. Omdat ze een enorm zwaartekracht veld hebben oefenen ze invloed uit op de omliggende sterren en planeten en andere materie. Men zag sterren om iets heen draaien dat men niet kon zien, later bleek dit dus een zwart gat te zijn. Doppler had een natuurwet met geluid dat men het Dopplereffect noemt. Volgens deze wet krijgt geluid dat beweegt of een afstand aflegt een andere golflengte. Licht krijgt ook een ander golflengte als het een afstand aflegt, dus ook als het door zwaartekracht wordt bewogen. Deze golflengte s hebben een kleur, lange golflengte s zijn aan de rode kant en korte zijn aan de blauwe kant. Een lichtstraal die in een zwaartekrachtveld van een zwart gat is gevangen raakt energie kwijt aan het zwaartekrachtveld. De lichtstraal krijgt een langere golflengte en wordt rood, dat rood worden van een lentegolf noemt men een roodverschuiving. Als een lichtstraal opgeslokt wordt door een Pagina 1 van 5

2 kracht groter dan licht, een zwart gat, zal zijn golflengte korter wordenen dan word de lichtstraal dus blauw. Lichtstralen die een lange afstand moeten afleggen worden steeds roder en zo kun je afstanden meten. Maar als je weet dat een groepje sterren op een bepaalde afstand zit door de roodverschuiving te meten, maar tussen die sterren vind je een object vind dat veel roodere stralen afgeeft, kun je ervan uit gaan dat je hier met een heel dicht object te maken hebt. Misschien wel een zwart gat. Het ontstaan van zwarte gaten. De engelse natuurkundige Hawking bestudeerde de cyclus van een blauwe ster. Zo kwam hij erachter hoe een zwart gat ontstaat. Een blauwe ster is 3 keer zo groot en veel warmer dan onze zon, op zich zegt de naam blauwe ster het al, een blauwe vlam is ook veel warmer dan een gele vlam. De cyclus van zo n blauwe ster duurt miljarden jaren, en het gaat ongeveer als volgt: - Een blauwe ster heeft als brandstof helium en waterstof, na een gegeven moment raakt dat natuurlijk opgebrand. Dan koelt de ster af, zet hij uit en zo ontstaat er een blauwe superreus. - De blauwe superreus blijft afkoelen en na een tijd word de ster rood, rood vuur is kouder dan blauw vuur, en dan is de ster een rode superreus geworden. De ster is alleen erg onstabiel en zal op den duur exploderen, een exploderende ster word een supernova genoemd. - Wanneer een supernova ontstaat, en de ster explodeerd dus, worden stukken van de ster de ruimte ingeslingerd. Er komt dan ook een enorme druk te staan op de kern van de ster waardoor deze kleiner wordt. Uit die kern kunnen twee dingen ontstaan, een neutronenster en een zwart gat. Een neutronenster is een ster die radiogolven uitzend omdat ze erg snel om haar as draait. Als de massa van de kern 3 keer groter is dan onze zon wordt de kern een zwart gat, als de massa van de kern minder is dan 3 keer zo groot word het een neutronenster. De opbouw van een zwart gat. Dit plaatje hierboven is een zwart gat. Je kunt zien dat er aan de onderkant en bovenkant twee stralen uitkomen. Dat zijn gasfonteinen, ook wel Jets of Gas genoemd. Deze fonteinen ontstaan doordat er deeltjes door de magnetische velden van het zwarte gat omhoog worden geslingerd. De gasfonteinen staan loodrecht op de Accretion Disk. De Accretion Disk is de enorme schijf om het middenpunt, en is een benaming voor alle materie die rond een object zweeft. Een zwart gat trekt erg veel materie aan en omdat de materie met een grote snelheid rond het zwart gat heen draait, waardoor de materie met elkaar botst, is de schijf erg heet. Het middelpunt noemt men de "Event Horizon" en het is de grens tot waar licht nog kan ontsnappen. Na deze grens kloppen natuurwetten niet meer. Alle materie dat wordt opgeslokt komt bij het centrum terecht en maakt vanaf dan deel uit van het zwarte gat. Door de invloed van de enorme zwaartekracht houden de normale wetten van tijd en ruimte op. Tijd en ruimte. Tijd en ruimte hebben een verband met elkaar. Als je iets aan de ruimte veranderd, veranderd de tijd ook. Pagina 2 van 5

3 Snelheid is beweging en veroorzaakt tijdverandering. Elk molecuul in ons universum heeft een andere snelheid en beleeft dus tijd op een andere manier. Hoe jij je sneller beweegt van een ene plek naar een andere plek, des te sneller de tijd gaat. Je verplaatst jezelf dan naar een andere relative tijdsindex. Bijvoorbeeld met auto rijden, je bent van plan om 100 kilometer te rijden. Als je 20 kilometer per uur rijd doe je er 5 uur over. Als je 50 kilometer per uur rijd duurt het nog maar 2 uur. Dit bedoel ik met het verplaatsen in een andere relative rijdsindex. Verschillende soorten zwarte gaten. Er zijn drie verschillende soorten zwarte gaten. De statische (ook wel Schwartzschild zwarte gaten genoemd), geladen (ook wel Reissner-Nordstrøm zwarte gaten genoemd) en de roterende zwarte gaten (ook wel Kerr zwarte gaten genoemd). De statische (of Schwartzschild) zwarte gaten zijn zwarte gaten waarbij materie in een vaste baan eromheen kan blijven draaien. Zodra de materie in de fotonsfeer is gekomen, is het op een plek waar de omloopbeweging als oneindig kan worden beschouwd. Maar dat is alleen in theorie zo, want in het echt worden de lichtstralen na een tijdje of richting het gat of in de ruimte gelanceerd. Het geladen zwarte gat, ook wel Reissner-Nordstrøm zwarte gaten genoemd, hebben een fotonsfeer die gekijk is aan de fotonsfeer van een statisch gat. Dat betekent dat bij een geladen zwart gat er ook lichtstralen erom heen kunnen blijven draaien vanwege de zwaartekracht. Het zwarte gat heet zo omdat onderzoekers Reissner en Nordstrøm erachter kwamen dat geladen zwarte bgaten twee waarnemingshorizons hebben. De horizon wordt kleiner, en dan vormt er zich boven de kern van het zwarte gat nog een horizon. Hoe groter de lading van het zwarte gat, hoe kleiner de buitenste waarnemingshorizon en dus hoe groter de de binnenste. Als de lading te groot wordt kunnen de twee horizons in elkaar smelten of zelfs verdwijnen. Roterende zwarte gaten, dat ookwel Kerr zwarte gaten worden genoemd, hebben meerdere fotonsferen, omdat alles in de ruimte meedraait met de roterende gaten zijn er lichtstralen die mee draaien, maar ook lichtstralen die draaien in tegenover gestelde richting. Lichtstralen die met de stroom mee draaien kunnen dichter bij het zwarte gat komen dan tegen de stroom in draaiende zwarte gaten. Roterende gaten hebben dus een ergosfeer, dat is een ruimte waarin het onmogelijk is om stil te blijven staan. Dat is dus hetzelfde als bij een waarnemingshorizon van statische of geladen zwarte gaten, alleen kun je uit de ergosfeer komen en kan dat bij een waarnemingshorizon niet. In de binnenkant van de egosfeer liggen ook twee waarnemingshorizons, net zoals bij geladen zwarte gaten. De dood van zwarte gaten. Voor elk deeltje in het universum is een antideeltje, daarmee bedoelt men een tegenhanger. Bij elektronen zijn dit positronen en bij protonen zijn dit anti- protonen. Deze twee deeltjes kunnen met elkaar botsen, dan vernietigen ze elkaar, en vormen energie in vorm van fotonen. Zwarte gaten kunnen op hun Event Horizon ( zie ook opbouw van een zwart gat) een deeltje antideeltje paar vormen, die ontstaat dan uit de energie van een zwart gat. Als dit vormen van een paar gebeurt op de rand van de Event Horizon, kan het gebeuren dat de helft van het paar niet wordt opgezogen in het gat. Het deeltje verdwijnt dan met energie die het zwarte gat nodig had om paren te maken. Als dit vaak genoeg gebeurt raakt het zwarte Pagina 3 van 5

4 gat materie en vooral energie kwijt. Op het punt dat er bijna niets meer over is van het zwarte gat, ontploft deze. Die ontploffing is erg zwak en zou daarom alleen maar te zien zijn als we een zwart gat in ons zonnestelsel zouden hebben. Binaire Stelsels. Een binair stelsel is wanneer twee objecten om elkaar heen draaien. Dit kan het geval zijn bij zwarte gaten, bijvoorbeeld als er een ster wordt gevangen in de zwaartekracht van een zwart gat. Het zwarte gat zuigt dan de materie van de ster op, maar de ster wordt niet meegezogen omdat deze rond het zwarte gat blijft draaien. De ster wordt dan in stukken gescheurt, en in het centrum gezogen. De brokstukken ontploffen dan met een enorme kracht waardoor het zwarte gat de energie en de straling niet meer kan opslokken. In 1997 werd de grootste explosie tot nu toe waargenomen. Witte gaten en wormgaten. Witte gaten zijn het omgekeerde van zwarte gaten. Als in een zwart gat de tijd omgedraait zou worden, en dus achteruit loopt, zou het zwarte gat materie uit moeten spuwen in plaats van aantrekken. Dat zou ook betekenen dat het gat wit zou zijn. Er zijn hier geen bewijzen voor gevonden dus is dit alleen inde theorie zo. Een wormgat is een combinatie van aan de ene kant een wit en en aan de andere kant een zwart gat. Je zou dus volgens deze theorie, als je in een zwart gat valt, en je komt niet in de singularity, er dwars door heen moeten vallen en er aan de andere kant, dus uit een wit gat, moeten komen. Het zou ook kunnen dat door de enorme zwaartkekracht de tijd voor jou wordt omgedraait, dat betekent dus dat je terug in de tijd reist en uit hetzelfde zwarte gat waar je in bent gevallen nu wordt uitgespuwd. De theoretische verbinding tussen een zwart en een wit gat noemt men de Einstein-Rosen brug. Super Zwarte Gaten. Een zwart gat met de massa van 2.6 miljoen zonnen is bijna zeker de kern van onze melkweg, dit is een massive black hole ook wel super zwart gat genoemd. Elk melkwegstelsel heeft een hete kern waar alle sterren in dat stelsel omheen draaien. Het zou heel goed kunnen dat zwarte gaten de drijfkracht achter melkwegstelsels zijn. Deze theorie is bedacht na metingen, toen men een enorme gammastraling ontdekte dat uit de kernen van die melkwegstelsels kwamen. Dat is namelijk een kenmerk van zwarte gaten. Alleen een zwart gat is nooit krachtig genoeg om boljoenen sterren in beweging te brengen en dan komt er dus een massive black hole van pas. Rencente ontdekking. In januari 2000 is er een zwart gat ontdekt door Amerikaanse astronomen. Het zwarte gat is op 1600 lichtjaren van de aarde verwijderd maar in de sterrenkunde is die afstand erg klein. Het gat werd door de mensen van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en een observatorium ontdekt door een bijzonder sterke wisseling van gammastralen. Over gammastralen heb ik het al eerde gehad bij super Pagina 4 van 5

5 zwarte gaten. Het zwarte gat bevindt zich in het sterrebeeld Boogschutter. Nawoord. Wij hebben, zoals we al in het voorwoord zeiden, dit onderwerp gekozen omdat we hier erg weinig van af wisten. Dat hebben we expres gedaan omdat we vonden dat we er iets van moesten leren. Van alle andere onderwerpen wisten we al best wel veel. Het was wel erg veel werk om deze practische opdracht te maken, we hebben er erg veel tijd in gestoken en hebben erg vaak met elkaar afgesproken om informatie met elkaar uit te wisselen en te bespreken wat we al hadden.tijdens het maken van deze practische opdracht zijn we er achter gekomen dat zwarte gaten erg interessant zijn en dat er bovendien erg veel over te vinden is op het internet. Hieronder hebben we een paar bronnen vermeld. We hebben erg weinig bronnen gebruikt omdat er op de sites die we gevonden hadden erg veel informatie te vinden was. Bronnen Anw/presentaties/heelal/presentatie%20zwartgat/Anom/Super.html Inhoud. Inleiding. Wat zijn zwarte gaten? Het vinden van zwarte gaten. Het ontstaan van zwarte gaten. Opbouw van een zwart gat. Tijd en ruimte. Verschillende soorten zwarte gaten. De dood van zwarte gaten. Binaire stelsel. Witte gaten en wormgaten. Super zwarte gaten. Recente ontdekking. Nawoord. Bronnen. Pagina 5 van 5