Zwarte gaten behoren tot de meest fascinerende verschijnselen van de ruimte, en we leren er steeds meer over. Net vorige week, een groep astronomen publiceerde een paper waarin een zeldzame zichtbare botsing van zwarte gaten werd gedocumenteerd, die een lichtflits produceerde waardoor wetenschappers de gebeurtenis vanaf de aarde konden zien.

Van Star Trek tot Doctor Who tot The Orville, sciencefiction neemt vaak zwarte gaten op in verhaallijnen, grotendeels omdat er nog zoveel is dat we niet weten. Maar Alexander Vilenkin laat zich helemaal niet afschrikken door dit omvangrijke en complexe onderwerp. De Leonard en Jane Holmes Bernstein Professor in Evolutionaire Wetenschappen in het Departement Natuur- en Sterrenkunde aan Tufts, hij heeft theoretische kosmologie gestudeerd, inclusief donkere energie, kosmische snaren, en het multiversum, al decenia. Als iemand kan helpen een deel van het mysterie rond zwarte gaten te ontrafelen, Hij is het.

Vilenkin gaf onlangs Tufts Now een spoedcursus om deze kosmische reuzen wat toegankelijker te maken. Hier zijn drie feiten over zwarte gaten om je hoofd rond te wikkelen.

Zwarte gaten kunnen onbegrijpelijk enorm zijn

Zwarte gaten worden gemeten aan de hand van hun grootte en massa, of de hoeveelheid materie die ze hebben. Een middelgroot zwart gat kan een massa hebben die twintig keer groter is dan de zon. Echter, de aantrekkingskracht van de zwaartekracht in een zwart gat is zo sterk dat het al die massa condenseert tot een bal met een diameter van slechts ongeveer twintig mijl.

Superzware zwarte gaten zijn de grootste zwarte gaten. Vilenkin zei dat deze kolossen een massa van een miljard zonnen kunnen hebben met een diameter van ongeveer de grootte van ons zonnestelsel.

Elke grote melkweg, inclusief de Melkweg, heeft ten minste één superzwaar zwart gat in het midden. "Voor zover superzware zwarte gaten gaan, die van ons is vrij klein. Het gaat maar om een ​​paar miljoen zonsmassa's, " hij zei.

Het kleinste geregistreerde zwarte gat is praktisch klein:het is amper vier keer de massa van onze zon.

Zwarte gaten kunnen samensmelten

Zwarte gaten die dicht bij elkaar liggen, hebben de neiging om dichter bij elkaar te drijven, zei Vilenkin. "Wat er gebeurt, is dat deze zwarte gaten aan elkaar hechten, zwaartekracht, en beginnen om elkaar heen te draaien. Ze vormen een binair systeem, en terwijl ze draaien, ze zullen geleidelijk hun energie verliezen door zwaartekrachtstraling. Ze komen steeds dichter bij elkaar en draaien steeds sneller om elkaar heen. Uiteindelijk fuseren ze, " hij zei.

Tot dusver, botsingen van superzware zwarte gaten zijn niet waargenomen, maar astronomen hebben botsingen van veel kleinere zwarte gaten waargenomen, zei Vilenkin.

We kunnen zo'n botsing niet zien door een telescoop, hoe krachtig het ook is, omdat er geen licht uit een zwart gat kan ontsnappen. Echter, met behulp van zeer gevoelige - en zeer grote - instrumenten die zwaartekrachtgolfdetectoren worden genoemd, wetenschappers kunnen zwaartekrachtsgolven detecteren en meten die worden uitgezonden door zwarte gaten. De golven zijn als rimpelingen in de ruimtetijd (daarover straks meer), en de verzamelde gegevens vertellen het verhaal van wat er op miljoenen of miljarden lichtjaren afstand gebeurt.

"De zwaartekrachtsgolven die worden uitgezonden terwijl zwarte gaten net in hun binaire systemen cirkelen, zijn meestal te zwak om te worden gedetecteerd. Maar deze laatste dosis straling wanneer de zwarte gaten op het punt staan ​​​​te fuseren, en wanneer ze uiteindelijk samensmelten tot een groter zwart gat, is vele malen waargenomen, " hij zei.

De uitbarstingen van zwaartekrachtstraling duren zeer kort, maar ze komen in een bepaald patroon. Als astronomen dit patroon zien, Vilenkin zei, ze kunnen het identificeren als een botsing van zwarte gaten en erachter komen wat hun massa is en hoe ver ze weg zijn. In september 2019, NASA kondigde aan dat astronomen drie superzware zwarte gaten op een ramkoers zagen in een systeem op ongeveer een miljard lichtjaar van de aarde.

Zwarte gaten hebben een point of no return

Zwarte gaten hebben een zogenaamde gebeurtenishorizon. Zie dit als het oppervlak van het zwarte gat. Niets kan onder de oppervlakte ontsnappen, inclusief licht. Dus wat gebeurt er wanneer, bijvoorbeeld, een ruimteschip, de gebeurtenishorizon overschrijdt?

"Laten we zeggen dat het ruimteschip lichtpulsen naar ons stuurt als het het zwarte gat nadert. Naarmate het ruimteschip de waarnemingshorizon nadert, de pulsen worden zwakker en zwakker, en de intervallen ertussen worden steeds langer, " zei Vilenkin. "Terwijl het ruimteschip heel dicht bij de waarnemingshorizon komt, we zien het alsof het bevroren is. We zullen het ruimteschip nooit echt onder de waarnemingshorizon zien gaan, omdat licht daaronder niet kan ontsnappen."

Hoe zit het met de reizigers in het ruimteschip? Vilenkin zei terwijl het ruimteschip de waarnemingshorizon nadert, ze zouden niets bijzonders opmerken, en ze zouden ons nog steeds zien. Echter, zodra ze de gebeurtenishorizon passeren, dit is een punt van geen terugkeer. Je kunt je niet omdraaien en uitstappen. Je kunt alleen naar het centrum van het zwarte gat gaan, hij zei.

Zwaartekracht zal sterker en sterker worden, en aangezien de zwaartekracht de dingen in één richting uitrekt, het ruimteschip krijgt spaghetti. "Uiteindelijk zal dit ruimteschip het centrale punt raken, wat de singulariteit wordt genoemd. De singulariteit is, wiskundig, waar de zwaartekracht oneindig sterk wordt, dus de kromming van de ruimtetijd wordt oneindig. We kunnen niet echt zeggen wat er precies gebeurt in singulariteit, maar het ruimteschip en alles binnenin zal worden vernietigd ruim voordat het schip de singulariteit bereikt, ' zei Vilenkin.