NASA defineert een zwart gat als een gebied met zó immense zwaartekracht dat niets, zelfs niet het licht, eraan kan ontsnappen. De zichtbare grens rond dit gebied wordt de gebeurtenishorizon genoemd: het punt waar de snelheid die nodig is om aan de zwaartekracht te ontsnappen de snelheid van het licht overschrijdt, volgens NASAs officiële overzicht van zwarte gaten.
Binnen die grens, volgens NASAs educatieve site voor het publiek, wordt aangenomen dat de resterende materie van een ingestorte ster wordt samengeperst tot een oneindig klein puntje dat een singulariteit wordt genoemd. Ondanks zijn minuscule grootte bepaalt de zwaartekracht ervan alles binnen de gebeurtenishorizon.
Hoe een stellair zwart gat ontstaat
NASA stelt dat een stellair zwart gat ontstaat wanneer een ster met meer dan ongeveer 20 keer de massa van de Zon zijn nucleaire brandstof verbruikt en onder zijn eigen gewicht ineenstort. De ineenstorting veroorzaakt een supernova die de buitenste lagen van de ster wegblaast, terwijl de kern naar binnen blijft vallen. Zodra de instortende kern ongeveer drie zonnenmassa's overschrijdt, merkt NASA op, wordt de ineenstorting tot een zwart gat onvermijdelijk omdat geen bekende kracht het kan stoppen.
Een ster behoudt normaal zijn vorm omdat de uitwaartse druk van kernfusie de inwaartse trekkracht van zijn eigen zwaartekracht in evenwicht houdt. Wanneer de brandstof op is, breekt dit evenwicht af en comprimeert de zwaartekracht de kern totdat deze een zwart gat vormt, volgens dezelfde uitleg van NASA.
Niet alle zwarte gaten zijn even groot
NASAs overzicht van zwarte gaten onderscheidt verschillende categorieën op basis van massa. Stellaire zwarte gaten variëren van ongeveer drie tot enkele tientallen zonnenmassa's en zijn verspreid over de Melkweg. Superzware zwarte gaten, gevonden in de kernen van de meeste grote sterrenstelsels, inclusief ons eigen, wegen tussen de 100.000 en miljarden zonnenmassa's.
Een derde categorie, tussenliggende zwarte gaten met ongeveer 100 tot meer dan 10.000 zonnenmassa's, werd al lange tijd vermoed en had slechts een handvol kandidaten die via indirect bewijs waren geïdentificeerd, volgens NASA. NASA beschrijft een zwaartekrachtgolfdetectie uit 2019, beschreven hieronder, als het meest overtuigende voorbeeld van deze klasse tot nu toe.
Categorieën van zwarte gaten naar massa (NASA)| Categorie | Typische massa | Waar gevonden |
|---|
| Stellair | ~3 tot tientallen zonnenmassa's | Over de hele Melkweg |
|---|
| Tussenliggend | ~100 tot meer dan 10.000 zonnenmassa's | Meest overtuigend voorbeeld van zwaartekrachtgolfsamenvoeging uit 2019 (GW190521) |
|---|
| Superzwaar | 100.000 tot miljarden zonnenmassa's | Kernen van de meeste grote sterrenstelsels |
|---|
Bewijs dat niet op het zien van licht berust
Omdat zwarte gaten geen licht uitzenden, bevestigen wetenschappers hun bestaan indirect. NASA wijst op verschillende methoden: het detecteren van röntgenstralen en radiogolven van materie die tot extreme temperaturen wordt verhit in de buurt van de gebeurtenishorizon, het waarnemen van deeltjesjets die zich met bijna de snelheid van het licht voortbewegen en radiogolven, röntgenstralen en gammastralen uitzenden, en het detecteren van zwaartekrachtgolven — rimpels in de ruimtetijd die voor het eerst in 2015 werden gemeten van een gebeurtenis genaamd GW150914, toen twee zwarte gaten in elkaar spiraleerden en samensmelten, volgens NASA.
De zwaartekrachtgolfmethode produceerde later het eerste bevestigde tussenliggende zwart gat. De LIGO Scientific Collaboration en de Virgo Collaboration kondigden op 2 september 2020 aan dat zij een signaal, aangeduid als GW190521, hadden gedetecteerd van een gebeurtenis die op 21 mei 2019 plaatsvond, volgens de officiële detectiepagina van LIGO. Twee zwarte gaten met massa's van ongeveer 85 en 66 zonnenmassa's smolten samen tot een enkele rest van 142 zonnenmassa's — de eerste duidelijke detectie van een tussenliggend zwart gat, stelt LIGO.
LIGO stelt ook dat de samenvoeging wetenschappelijk opmerkelijk is omdat de vooroudermassa's binnen de zogenaamde paarinstabiliteits-massakloof vallen, een bereik (ongeveer 65 tot 120 zonnenmassa's) waar standaard stellaire-inzaktheorie niet voorspelt dat zwarte gaten zich rechtstreeks zouden vormen, wat suggereert dat de objecten zelf mogelijk het resultaat zijn van eerdere samenvoeging.
De schaduw van een zwart gat zien
Afgezien van indirecte detectie hebben astronomen een direct beeld geproduceerd. De Event Horizon Telescope, een wereldwijd netwerk van radiotelescopen, gaf in 2019 het eerste beeld van een zwart gat vrij — degene in het centrum van sterrenstelsel M87, geschat op 6,5 miljard zonnenmassa's en ongeveer 55 miljoen lichtjaar verwijderd, volgens NASAs overzicht van zwarte gaten.
Het beeld toont een helle ring van gloeiend gas met daarin een donkere centrale 'schaduw', de silhouet geworpen door de gebeurtenishorizon van het zwarte gat tegen het licht van invallend materiaal.
Wat onzeker blijft
Volgens NASA blijft de oorsprong van superzware zwarte gaten slecht begrepen, hoewel bewijs aantoont dat ze al in de vroegste geschiedenis van sterrenstelsels bestonden.
Dit stuk is gemaakt met kunstmatige intelligentie en vóór publicatie automatisch op bronnen gecontroleerd. Ziet u een fout, vraag dan om een correctie. Correctie of weerwoord aanvragen · Hoe we dit maken
