Werkstuk ANW Zwarte gaten

Transcriptie

1 Werkstuk ANW Zwarte gaten Werkstuk door een scholier 2033 woorden 8 juni ,5 152 keer beoordeeld Vak ANW Wat is een zwart gat? Een object van een bepaalde massa, oefent aantrekkingskracht uit op een ander object. In feite trekken beide objecten elkaar aan, maar voor het gemak doen we meestal alsof het zwaarste object het lichtste aantrekt, en als de massa s maar genoeg verschillen geeft dat een zeer juist beeld van de werkelijkheid. Als het lichtste object geen snelheid bezit ten opzicht van het zwaarste. Dan zal het direct naar het zwaarste object worden toegetrokken en daarop "neerstorten". Bezit het wèl snelheid, dan is het mogelijk dat het. 1. Toch neerstort. 2. In een baan rond het zwaarste object gaat draaien. 3. Zich altijd van het zwaarste object af blijft bewegen. De snelheid die voor het laatste nodig is noemt men de ontsnappingssnelheid. Nu zijn er objecten voorstelbaar, die zo zwaar zijn ten opzichte van hun omvang, dat de ontsnappingssnelheid aan het oppervlak, groter is dan de snelheid van het licht. Niets kan hier dus aan ontsnappen, zelfs het licht niet, Vandaar de benaming "zwart gat". In de Astronomie heeft het lang geduurd voordat men er in is geslaagd object te lokaliseren, die de eigenschappen van een zwart gaat vertonen. Dat is ook niet makkelijk want deze objecten zijn in feite onzichtbaar. Toch kan men aan de hand van het gedrag van de materie in de buurt van zo n zwart gat de aanwezigheid van een dergelijk grote massa best aantonen, en het heeft er de schijn van dat de meeste grote sterrenstelsels er tenminste één bevatten. Een zwart gat is een ruimte met een enorme zwaartekracht, waardoor licht niet kan ontsnappen. Het idee over zwarte gaten ontstond al in de 18de eeuw, maar de mogelijkheid van hun bestaan werd bewezen door Einstein. Met het verder bestuderen van zwarte gaten groeide ook het besef dat dit soort lichamen wel eens echt in het universum zouden kunnen bestaan en rond 1930 lieten een aantal wetenschappers zien dat een zwart gat voort zou kunnen komen uit een ineengestorte ster. Een zwart gat heeft een aantal rare eigenschappen als gevolg van de grote zwaartekracht. Zo is er een soort horizon, waar de snelheid van het licht en de ontsnappingssnelheid aan elkaar gelijk zijn. Daar lijkt het licht bevroren te zijn, en als je die horizon overtreedt, is het onmogelijk het zwarte gat ooit nog uit te komen. Een ander opmerkelijk punt in een zwart gat is de singulariteit, de kern van het gat, waar alles in het zwarte gat naar toe getrokken wordt. Die plek heeft een oneindig grote dichtheid. Pagina 1 van 5

2 Een zwart gat is een hoeveelheidmaterie met zo'n dichtheid,dat de enorme zwaartekracht ervan alles naar zich toetrekt...tot en met licht Zo ziet het er volgens Einsteins theorie naar uit dat de toenemende intensiteit van de gravitatie het effect heeft het voortgaan van de tijd te vertragen. Dit is iets wat we in het heelal niet zo gemakkelijk kunnen waarnemen, want ver buiten zwarte gaten en neutronensterren,hebben die gravitatie-intensiteiten die we tegenkomen slechts een te verwaarlozen invloed op de snelheid 2. Hoe groot is een zwart gat? Twee grootheden worden onderscheiden: massa en omvang. Voor beide geldt dat dit sterk kan verschillen per zwart gat. In ieder geval is de massa vanaf 3 keer de zonmassa tot nog veel groter. Een denkbeeldig zwart gat met een massa van die van de zon zou een straal van drie kilometer hebben. Straal en massa hangen dus volgens deze vergelijking van elkaar af. 3. Bewijs voor bestaan De kernen van een aantal sterrenstelsels gedragen zich als enorme zwarte gaten Hoewel we een zwart gat niet kunnen lokaliseren.kunnen we er een met een schijf of ring van materie deeltjes wel ontdekken door de 'doodskreet' van die deeltjes in de de vorm van uitgezonden röntgenstralen. Die röntgenstraling moet uiteraard voldoende krachtig zijn om over een afstand van vele lichtjaren in de ruimte gevonden te worden. Men moet dan ook uitgaan van iets meer dan een toevallig laagje ruimtestof. Er moeten heel wat ruimte kolken van naar binnen 'gezogen' materie zijn, hetgeen wil zeggen, dat het zwarte gat wel een bijzondere omgeving moet hebben om gevonden te worden. Vaak worden een aantal zwermen van deze bronnen ontdekt in centra van dichtbevolkte sterrenstelsels. Volgens sommige astronomen kunnen die zwarte gaten in sterrenzwermen massa's hebben van 10 tot 100 maal die van de zon In het algemeen is het grootste deel van de straling die wordt uitgezonden door een sterrenstelsel eenvoudigweg de som van de straling die wordt uitgezonden door de individuele sterren. Voor een paar procent van alle sterrenstelsels is dit echter niet waar. Deze stelsels worden actieve sterrenstelsels genoemd. Ze kenmerken zich doordat ze grote hoeveelheden energie uitstralen op onder meer radio- en Rontgen-golflengten. Deze straling duidt op zeer energetische processen in de centra van deze stelsels. De gangbare opvatting in de sterrenkunde is dat deze processen het gevolg zijn van de aanwezigheid van een massief zwart gat. Een zwart gat is een object dat zo klein en zo zwaar is dat niets aan de zwaartekracht van het object kan ontsnappen, zelfs licht niet (vandaar de betiteling `zwart'). Een zwart gat kan bijvoorbeeld ontstaan wanneer een zware ster aan het einde van zijn leven, als de `brandstof' op is, in een stort. Door de sterke zwaartekrachtaantrekking kan een zwart gat naburige materie `opslokken' (vandaar de betiteling `gat'). Zwarte gaten kunnen zeer massief zijn, wel een miljoen tot een miljard keer de massa van de zon. Pagina 2 van 5

3 De aanwezigheid van een massief zwart gat is op zichzelf niet voldoende om de energetische processen in actieve sterrenstelsels volledig te kunnen verklaren. Er moet ook voldoende materie aanwezig zijn rond het centrum, zoals gas, stof en sterren. Deze kan door de aanwezigheid van het zwarte gat vrij effectief in energie worden omgezet (Einstein: E = mc^2). Als er niet meer voldoende materie voorhanden is doven de energetische processen uit. Het sterrenstelsel zal er dan, ondanks de aanwezigheid van het zwarte gat, normaal uitzien. Men kan aantonen dat er niet lang na het ontstaan van het heelal veel meer actieve sterrenstelsels waren dan tegenwoordig. Het is daarom waarschijnlijk dat veel sterrenstelsels die nu als `normaal' te kwalificeren zijn, ooit in hun leven actief zijn geweest. Vermoedelijk hebben daarom zeer veel sterrenstelsels een centraal zwart gat in hun centrum, zelfs de stelsels die nu niet actief zijn. Een zwart gat in een normaal sterrenstelsel verraadt zijn aanwezigheid slechts door de zwaartekrachtaantrekking die hij uitoefent op de sterren rond het centrum. Als gevolg van deze aantrekking zal er een grotere concentratie van sterren rond het centrum van het sterrenstelsel zijn dan normaal, en zullen de sterren rond het centrum sneller bewegen dan normaal. Het meten van beide effecten vereist waarnemingen van grote scherpte. Vanaf de aarde is dit niet eenvoudig door de versmerende werking van de atmosfeer. De Hubble Space Telescope (HST) verschaft ons echter sinds enige jaren een nieuwe kijk op de aanwezigheid van zwarte gaten in sterrenstelsels. Deze telescoop draait in een baan rond de aarde en heeft dus geen last van de aardatmosfeer. Scherpere waarnemingen dan vanaf de aarde zijn dus mogelijk. Ik heb veel waarnemingen gedaan met de HST om bewijs te vinden voor het bestaan van zwarte gaten in de centra van een aantal nabije sterrenstelsels. - in onze eigen melkweg maar ook in ons eigen sterrenstelsel zijn er aanwijzingen voor kleinere zwarte gaten. Deze worden ontdekt door een enkele ster, die zich gedraagt als de helft van een dubbelster. Hij beschrijft dan dus een baan om een onzichtbaar en zeer zwaar voorwerp. Maar ook ons eigen melkwegstelsel is niet immuun. Men heeft in het centrum van onze eigen galaxie een zeer compacte en energie rijke bron van micro golven ontdekt en het is verleidelijk te veronderstellen, dat zich daar een gat bevindt. Sommige astronomen gaan zelf zo ver te veronderstellen, dat dit zwarte gat in onze melkweg een massa moet hebben van 100 miljoen sterren en dus een massa van 1/1000 van de gehele melkweg. Het heeft een doorsnee van 700 miljoen km. Zo groot zelfs, dat dit zwarte gat hele sterren zou kunnen opslokken, voordat ze uiteen zou slaan, als ze snel genoeg naderen. Mogelijk heeft iedere galaxie wel een eigen zwart gat in het centrum,een eindeloze slokop,die nooit iets teruggeeft maar steeds groter wordt. Als voorbeeld onze eigen Melkweg: die is niet actief. Doch betekent dat dat er geen superzwaar zwart gat in het centrum zit? Zeker niet. Aardse waarnemingen van het centrum van onze eigen Melkweg brengen rap bewegende sterren aan het licht. Astronomen nemen aan dat die rappe bewegingen te wijten zijn aan een zwart gat dat zich betrekkelijk stil houdt, maar niettemin een massa heeft van drie miljoen van onze Zonnen. Pagina 3 van 5

4 4. zuigt een zwart gat al de materie op? Een zwart gat zuigt niet alle materie op. 1. Het zwarte gat heeft dezelfde massa als een aantal andere hemellichamen, en die trekken toch ook niet de rest van het universum tegen zich aan. Je moet er niet te dicht bijkomen, maar dat is bij een ster ook niet verstandig. 2. Aangezien er sterren zijn met een massa van meer dan 50 tot 70 maal die van de zon,is het niet ondenkbaar dat als de ineenstorting eenmaal begint, die af en toe versterkt kan worden door een gravitatieveld dat nog groter en intenser is dan dat wat weerstaan kan worden door een neutronenster.wat dan Toen R.Oppenheimer in 1939 de theoretische gevolgtrekking van een neutronenster uitwerkte,hield hij ook met die mogelijkheid rekening. Hij achtte het mogelijk, dat indien een ineenstortende ster voldoende massa zou hebben hij met een dusdanige kracht kon samentrekken,dat zelfs de neutronen het moesten begeven onder het geweld; zelfs de nucleare kracht zal moeten buigen voor de gravitatie. Wat kan de volgende halte zijn bij een ineenstorting? Als de nucleaire kracht faalt, dan is er niets anders over om aan de gravitatie weerstand te bieden, de ster zal alsmaar ineen krimpen tot de oppervlaktegravitatie toeneemt zonder limiet.zelfs licht kan niet meer ontsnappen en de tijd komt tot stilstand Dat betekent dat de aanwezigheid van een zwart gat niet per definitie aanleiding geeft tot actieve sterrenstelsels met intense elektromagnetische straling - integendeel. Als sterren en gaswolken voldoende ver zijn verwijderd, is het heel goed mogelijk dat het zwarte gat niet actief is. Het maakt zich uitsluitend kenbaar door zijn zwaartekracht, want die is altijd herkenbaar. 5. Hoe ontstaat een zwart gat Het ontstaan van een zwart gat gaat in een aantal stappen. Zie hiervoor het plaatje. Bij elke stap neemt de massa toe. Er wordt gesproken van een zonmassa, dus het aantal keer de massa van de zon. Het begint allemaal met interstellair materiaal en uiteindelijk is er zoveel massa, dat het een zwart gat is. 6. Hoe verdwijnt een zwart gat Volgens een zekere Stephen Hawkings zendt een zwart gat toch enige straling uit en zo zou het gat langzaam zijn massa verliezen. Dit is een proces dat versnelt naarmate de massa afneemt. Langzaam zal het gat dus oplossen. Deze theorieën zijn echter niet waterdicht en onmogelijk te testen met experimenten. Een zeer lastige vraag dus. 7. Wat zou er gebeuren als ik in een zwart gat zou vallen, wat zou men dan zien? In ieder geval zou je het niet overleven. Het verschil in zwaartekracht zou richting de kern zo enorm toe nemen dat het krachtsverschil tussen tenen en hoofd ervoor zou zorgen dat je uit elkaar gereten zou worden. 7b: Wat zou iemand zien als ik in een zwart gat viel? Degene die naar mij zou kijken zou mij in een vertraging richting de horizon zien gaan, en in de horizon zou ik "bevroren" blijven hangen. Dit komt omdat het licht dat ik uitzend steeds meer moeite heeft om aan de zwaartekracht te ontsnappen, om pas later helemaal niet meer weg te komen. Pagina 4 van 5

5 8. Wit gat Een wit gat is het tegenovergestelde van een zwart gat. In plaats van dat het dingen aantrekt, spuugt het juist van alles uit. Wiskundig bestaan dit soort lichamen, maar in werkelijkheid bestaan ze met een aan zekerheid grenzende waarschijnlijkheid niet. 9. Worm gat Een wormgat is een relatie tussen een zwart gat en een wit gat. Wat in het zwarte gat verdwijnt komt in het witte weer tevoorschijn. Hiervoor geldt hetzelfde als voor een wit gat: wiskundig interessant, maar onmogelijk in de realiteit. Je kunt niet via een zwart gat naar de andere kant van een sterrenstelsel reizen, daar de krachten in een zwart gat je atomen uit elkaar trekken. Pagina 5 van 5