Zoek 't allesverslindende niets...

‘Er zouden sterren kunnen bestaan die groter zijn dan de zon en een ontsnappingssnelheid hebben die de lichtsnelheid ver overschrijdt.’, veronderstelde de Engelse natuurfilosoof John Michell al in de 18e eeuw. Twee eeuwen later, eind jaren ’60, kwam ene John Archibald Wheeler met de term ‘zwart gat’ voor een geïmplodeerde ster met onontkoombaar sterke aantrekkingskracht. Kort daarna werd er een gevonden: Cygnus X-1.

Zware reis door de ruimte

Cygnus X-1 is een zogenaamd ‘dubbelsysteem’: een blauwe ster plus compact object. Het compacte object heeft een massa van ongeveer 8,5 keer dat van de zon (de massa van de zon is ongeveer 2x1030 kg), maar een volume van 0 m3! Wanneer je binnen bereik van de zogenaamde waarnemingshorizon van dit gapende gat komt, staat je (lots-)bestemming vast. ‘Een enkeltje centrum, alstublieft.’ Dit centrum is een punt van oneindig grote dichtheid met een oneindig klein volume en de reis ernaartoe is allesbehalve comfortabel…

Grote en kleine zwarte gaten

Er zijn verschillende soorten zwarte gaten, met verschillende massa’s. Sagitarius A*, het zwarte gat dat zich in het centrum van de Melkweg bevindt, heeft bijvoorbeeld een geschatte massa van 3,3 miljoen keer dat van de zon. Daartegenover staan hypothetische miniatuur zwarte gaten met een massa die om en nabij de Planck massa ligt (is ongeveer 2x10^-8 kg). Het zwarte gat van Cygnus X-1 is een huis- tuin- en keuken variant: niet te groot, niet te klein en veelvoorkomend. Hij valt onder de stellaire zwarte gaten, die ontstaan wanneer een ster ineenstort. Hoe superzware zwarte gaten zoals Sagitarius A* ontstaan, is eigenlijk nog geheel onduidelijk. Een van de mogelijkheden is dat zij ontstaan in het prille begin van de vorming van het sterrenstelsel zelf, maar het is ook heel goed mogelijk dat het zwarte gat met het stelsel gedurende zijn leven meegroeit.

Gronings onderzoek

Het ontstaan van deze superzware gaten is dan ook een van de actuele onderzoekonderwerpen hier in Groningen. Sterrenkundigen van het Groninger Kapteyn Instituut doen al meer dan honderd jaar onderzoek naar de oorsprong en opbouw van sterrenstelsels. Oorspronkelijk was de Melkweg een geliefd studieobject. Tegenwoordig bestuderen onze onderzoekers allerlei andere sterrenstelsels om meer te weten te komen over de evolutie van sterrenstelsels in het algemeen. Hierbij wordt bijvoorbeeld uitgebreid onderzoek gedaan naar zwarte gaten en de rol die ze spelen bij de ontwikkeling van sterrenstelsels. Zo bestuderen onze sterrenkundigen onder andere welke invloed zwarte gaten hebben op het sterrenstelsel waarin zij leven. Het lijkt er namelijk op dat de energie-uitstoot van zwarte gaten in hun actieve fase, de stervorming in het stelsel kan onderdrukken. En waarom zijn sommige zwarte gaten eigenlijk heel actief en zenden ze veel energie uit, terwijl andere juist heel ‘stil’ zijn? Oftewel; wat zet een zwart gat aan en uit?

Speurtocht in de ruimte

Vragen genoeg, maar hoe onderzoek je zoiets? Zwarte gaten zijn lichtjaren van ons verwijderd, vaak verscholen achter interstellaire stofwolken en, vervelender nog, onzichtbaar. Omdat zelfs licht niet aan een zwart gat kan ontsnappen, zendt het gapende geval helemáál geen straling uit. Ze zijn dus niet te zien. Uiteraard hebben we hier oplossingen voor gevonden. Ten eerste kijken we met behulp van geavanceerde apparatuur zo door storende stofwolken heen. Daarna is het een kwestie van het bestuderen van omringende sterren. Een ster die verdacht snel rondjes draait om een groot stuk niets, kan een indicatie zijn van de aanwezigheid van een zwart gat. Nog beter is het als je getuige bent van een heus opslokmoment; een ster die in een zwart gat valt, gaat eerst heel fel stralen en dooft dan uit.

Zelf virtueel op zoek

Wil je zelf op zoek gaan naar zwarte gaten? Dan kun je terecht bij Science LinX. Speciaal voor onze bezoekers hebben we bovenop het gebouw een waarneemkoepel geplaatst. Hier kun je onder begeleiding het heelal afspeuren, op zoek naar zwarte gaten en ander obscure objecten. Heb je geen zin om van je luie stoel te komen of wil je voor je bezoek aan Science LinX thuis oefenen? Neem dan vooral een kijkje op onze speciale zwarte gaten website. Hier kun je de kosmos virtueel uitkammen en bij elke vondst meer te weten komen over de verschillende soorten zwarte gaten en hun eigenschappen. Op deze site kun je bovendien een virtueel reisje naar een zwart gat maken en ervaren wat er gebeurt als je erin valt... Dat je dan uitgerekt wordt als een spaghettisliert omdat je voeten sterken worden aangetrokken dan je hoofd hebben onze onderzoekers netjes voor je uitgerekend.

Gat gevuld met vragen

Met al onze observaties, metingen, berekeningen en virtuele reisjes zijn we al een heel eind op weg in onze zoektocht naar zwarte gaten. We weten dat ze bestaan, dat er verschillende varianten zijn en dat ze een sterke invloed uitoefenen op hun directe omgeving. Toch valt er nog veel te ontdekken. De meest intrigerende vraag is wat er precies gebeurt in het centrum van zwarte gaten en waar al die opgeslokte objecten blijven… Vrijwilligers?

Links

Relevante studies

Colofon
Met bijzondere dank aan: Gijs Verdoes Kleijn, Gergö Popping (Kapteyn Instituut), Roeland van der Marel (Space Telescope Science Institute) en Robert Wielinga (Sonnenborgh). Neem contact op met iemand van Science LinX indien je hier ook genoemd zou moeten worden.

Auteur artikel
Siëlle Gramser