de dood van sterren en daarna: zwarte gaten
Als de massa van de ster die in elkaar klapt meer dan 3 keer zo groot is als die van de zon, dan komt er geen einde aan dat in elkaar klappen. De zwaartekracht is zo groot dat de neutronen in elkaar worden geperst. Een zwart gat is het gevolg. De massa van een enorm zware ster trekt zich samen tot een punt zonder enige afmetingen, een singulariteit genoemd. Bij zo’n grote massa op een oneindig kleine plek – het zwarte gat – wordt de zwaartekracht zo groot dat de ontsnappingssnelheid die je moet hebben groter is dan de lichtsnelheid (300.000.000 m/s). De lichtsnelheid is de maximale snelheid die je in het heelal kan halen: sneller kan niet, dus kan er niks aan een zwart gat ontsnappen. Omdat ook licht er niet aan kan ontsnappen, kan dit verschijnsel met het gezicht niet worden waargenomen (en zijn er ook geen energie uitzendingen in andere delen van het elektromagnetisch centrum). Zo kwam de Amerikaanse natuurkundige John Wheeler in 1967 op de term ‘zwart gat’. Daarvoor had men het vooral over een “zwarte ster”.

In 1916 berekende de Duitse sterrenkundige Karl Schwarzschild de straal uit die een gegeven massa moest hebben, zodat er geen licht meer uit kon ontsnappen. Met zijn vergelijking kan de Schwarzschildstraal voor elke ster worden berekend: onze zon kan bijvoorbeeld een zwart gat worden door te krimpen tot een formaat met een straal van minder dan 3 km. In hetzelfde jaar dat hij de Schwarzschildstraal uitrekende, stierf Schwarzschild. Zijn berekeningen zijn van invloed geweest in het onderzoek van zwarte gaten. De Schwarzschildstraal is synoniem met de term `gebeurtenishorizon’: dat is het punt vanaf waar licht niet meer kan ontsnappen. De ster gaat door met krimpen tot een singulariteit, maar de gebeurtenishorizon vormt de grens tussen het waarneembare en niet meer waarneembare heelal.


Optisch beeld door de Hubble-telescoop van een zwart gat met veel massa, in het midden van het ellipsvormige sterrenstelsel NGC 7052. Het sterrenstelsel wordt omringd door een stofschijf met een middellijn van 3700 lichtjaar (bruin). De lichte plek in het midden (wit) is licht van sterren die door de sterke zwaartekracht rond het zwarte gat samendrommen. Dit zwarte gat heeft ongeveer 300 miljoen maal de massa van onze zon. De schijf roteert met een snelheid van bijna 55.000 kilometer per uur, het stof kan afkomstig zijn van een botsing van sterrenstelsels. NGC 7052 in het sterrenbeeld Vulpecula is 191 miljoen lichtjaar van de aarde verwijderd.

Aangezien er van binnen de gebeurtenishorizon geen informatie kan komen, moeten onderzoekers indirecte methoden hanteren om een zwart gat te vinden. De meeste sterren vormen dubbelsterren die om elkaar draaien; als een ster om een punt draait waar geen straling vandaan komt, wordt aangenomen dat het om een dubbelster gaat waarvan één ster een zwart gat is geworden. Een andere aanwijzing vormen accretieschijven van materiaal dat naar het zwarte gat wordt getrokken, vaak van de andere ster in een dubbel
systeem. Ze kunnen worden waargenomen omdat periodiek röntgenstraling wordt uitgezonden als er zich materiaal in de schijf verzamelt. In tegenstelling tot röntgenstraling die door pulsars wordt uitgezonden, die regelmatig en sterk is, is röntgenstraling uit een accretie schijf bij een zwart gat extreem kort van duur en onregelmatig. Zo’n bron van röntgenstraling is gevonden in het sterrenbeeld Cygnus (de Zwaan) en heeft de naam Cygnus X-1. Analyse van de dichtstbijzijnde ster, HDE 226868, wijst uit dat het een deel van een dubbelster is, maar de andere ster kan niet worden waargenomen. Bovendien is berekend dat de bron van de röntgenstraling veel massa heeft en compact is. Vandaar de conclusie ‘zwart gat’.

We zullen nooit zeker weten of Cygnus X-1 en de andere twintig kandidaten inderdaad zwarte gaten zijn. Ten eerste kunnen we nooit informatie krijgen omdat daarvoor een ontsnappingssnelheid nodig is die groter dan de lichtsnelheid is en Einstein heeft bewezen dat dit onmogelijk is. Ten tweede zouden, als een sonde al zou kunnen terugkeren, de zwaartekrachteffecten bij het overschrijden van de gebeurtenishorizon zo groot zijn, dat getijdenkrachten de sonde uit elkaar zouden trekken. Eerst zou deze echter tot ‘spaghetti’ worden uitgerekt, zoals de Britse natuurkundige Stephen Hawking het uitdrukte. Ten derde zou het – zelfs als een ruimteschip met zijn astronaut niet zou worden vernietigd door de getijdenkrachten en de nodige snelheid zou kunnen ontwikkelen – vanaf aarde gezien een eeuwigheid duren om het zwarte gat in te gaan. Dit komt voort uit de algemene relativiteitstheorie van Einstein volgens welke de tijd die wordt waargenomen vanuit het ene zwaartekrachtsveld in een ander zwaartekrachtsveld anders lijkt te verlopen. Dit wordt gravitationele tijdsdilatatie genoemd.

In sterke zwaartekrachtvelden verloopt de tijd trager dan in een zwakker zwaartekrachtsveld. Als een astronaut in de ruimte naar een klok op aarde zou kijken, zou de klok trager lopen dan zijn eigen klok aan boord. Hoewel de tijd anders verloopt, zou de astronaut het verschil niet merken. Het zwaartekrachtsveld in een zwart gat is zo immens dat de tijd op aarde veel sneller verloopt dan in een zwart gat. Dus zelfs als onze astronaut op wonderbaarlijke wijze zou kunnen terugkeren, dan zou op aarde heel veel tijd zijn verstreken, maar de astronaut zou dat niet hebben gemerkt. Dus zelfs als we er heen konden gaan en informatie konden verkrijgen, dan zou het te lang duren voor die informatie weer op aarde kwam. Door al deze hindernissen kunnen wetenschappers niet zonder meer bevestigen dat zwarte gaten bestaan.

Wilt u ons contacteren dan kan dat