Halloween is een tijd om te worden achtervolgd door geesten, kabouters en geesten, maar niets in het universum is enger dan een zwart gat.

Zwarte gaten - gebieden in de ruimte waar de zwaartekracht zo sterk is dat niets kan ontsnappen - zijn tegenwoordig een hot item in het nieuws. De helft van de Nobelprijs voor Natuurkunde 2020 werd toegekend aan Roger Penrose voor zijn wiskundige werk dat aantoont dat zwarte gaten een onontkoombaar gevolg zijn van Einsteins zwaartekrachttheorie. Andrea Ghez en Reinhard Genzel deelden de andere helft omdat ze aantoonden dat een enorm zwart gat zich in het centrum van onze melkweg bevindt.

Zwarte gaten zijn eng om drie redenen. Als je in een zwart gat valt dat overblijft toen een ster stierf, je zou verscheurd worden. Ook, de enorme zwarte gaten in het centrum van alle sterrenstelsels hebben een onverzadigbare eetlust. En zwarte gaten zijn plaatsen waar de wetten van de fysica zijn uitgewist.

Ik bestudeer al meer dan 30 jaar zwarte gaten. Vooral, Ik heb me gefocust op de superzware zwarte gaten die op de loer liggen in het centrum van sterrenstelsels. Meestal zijn ze inactief, maar als ze actief zijn en sterren en gas eten, het gebied dicht bij het zwarte gat kan het hele sterrenstelsel waarin ze zich bevinden, overtreffen. Sterrenstelsels waar de zwarte gaten actief zijn, worden quasars genoemd. Met alles wat we de afgelopen decennia hebben geleerd over zwarte gaten, er zijn nog veel mysteries om op te lossen.

Dood door zwart gat

Er wordt verwacht dat zwarte gaten ontstaan ​​wanneer een massieve ster sterft. Nadat de kernbrandstof van de ster is uitgeput, zijn kern stort in tot de dichtste staat van materie die je je kunt voorstellen, honderd keer dichter dan een atoomkern. Dat is zo dicht dat protonen, neutronen en elektronen zijn niet langer afzonderlijke deeltjes. Omdat zwarte gaten donker zijn, ze worden gevonden wanneer ze om een ​​normale ster draaien. De eigenschappen van de normale ster stellen astronomen in staat om de eigenschappen van zijn donkere metgezel af te leiden, een zwart gat.

Het eerste zwarte gat dat werd bevestigd, was Cygnus X-1, de helderste röntgenbron in het sterrenbeeld Zwaan. Vanaf dat moment, er zijn ongeveer 50 zwarte gaten ontdekt in systemen waar een normale ster om een ​​zwart gat draait. Het zijn de dichtstbijzijnde voorbeelden van ongeveer 10 miljoen die naar verwachting door de Melkweg zullen worden verspreid.

Zwarte gaten zijn graven van materie; niets kan hen ontgaan, niet eens licht. Het lot van iemand die in een zwart gat valt, zou een pijnlijke "spaghettificatie, " een idee gepopulariseerd door Stephen Hawking in zijn boek "A Brief History of Time." In spaghettificatie, de intense zwaartekracht van het zwarte gat zou je uit elkaar trekken, het scheiden van je botten, spieren, pezen en zelfs moleculen. Zoals de dichter Dante de woorden boven de poorten van de hel beschreef in zijn gedicht Divine Comedy:Abandon hope, allen die hier binnenkomen.

Een hongerig beest in elke melkweg

In de afgelopen 30 jaar, waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop hebben aangetoond dat alle sterrenstelsels zwarte gaten in hun centrum hebben. Grotere sterrenstelsels hebben grotere zwarte gaten.

De natuur weet hoe ze zwarte gaten moet maken over een duizelingwekkend aantal massa's, van sterlichamen die een paar keer de massa van de zon zijn, tot monsters die tientallen miljarden keren zwaarder zijn. Dat is net het verschil tussen een appel en de Grote Piramide van Gizeh.

Net vorig jaar, astronomen publiceerden de allereerste foto van een zwart gat en zijn waarnemingshorizon, een 7 miljard zonnemassa beest in het centrum van de M87 elliptische melkweg.

Het is meer dan duizend keer groter dan het zwarte gat in onze melkweg, wiens ontdekkers dit jaar de Nobelprijs hebben gewonnen. Deze zwarte gaten zijn meestal donker, maar wanneer hun zwaartekracht nabije sterren en gas naar zich toe trekt, ze flitsen tot intense activiteit en pompen een enorme hoeveelheid straling uit. Massieve zwarte gaten zijn op twee manieren gevaarlijk. Als je te dichtbij komt, de enorme zwaartekracht zal je naar binnen zuigen. En als ze in hun actieve quasarfase zijn, je wordt gestraald door hoogenergetische straling.

Hoe helder is een quasar? Stel je voor dat je 's nachts boven een grote stad als Los Angeles zweeft. De ongeveer 100 miljoen lichten van auto's, huizen en straten in de stad komen overeen met de sterren in een melkwegstelsel. In deze analogie het zwarte gat in zijn actieve staat is als een lichtbron met een diameter van 1 inch in het centrum van LA die de stad honderden of duizenden overtreft. Quasars zijn de helderste objecten in het universum.

Superzware zwarte gaten zijn vreemd

Het grootste zwarte gat dat tot nu toe is ontdekt, weegt 40 miljard keer de massa van de zon, of 20 keer de grootte van het zonnestelsel. Terwijl de buitenste planeten in ons zonnestelsel eens in de 250 jaar om de aarde draaien, dit veel massievere object draait eens in de drie maanden. De buitenrand beweegt met de helft van de lichtsnelheid. Zoals alle zwarte gaten, de enorme worden aan het zicht onttrokken door een gebeurtenishorizon. In hun centra is een singulariteit, een punt in de ruimte waar de dichtheid oneindig is. We kunnen het binnenste van een zwart gat niet begrijpen omdat de wetten van de natuurkunde uiteenvallen. De tijd bevriest bij de waarnemingshorizon en de zwaartekracht wordt oneindig bij de singulariteit.

Het goede nieuws over massieve zwarte gaten is dat je zou kunnen overleven als je erin valt. Hoewel hun zwaartekracht sterker is, de rekkracht is zwakker dan bij een klein zwart gat en het zou je niet doden. Het slechte nieuws is dat de waarnemingshorizon de rand van de afgrond markeert. Niets kan ontsnappen van binnen de gebeurtenishorizon, dus je kon niet ontsnappen of verslag uitbrengen over je ervaring.

Volgens Stephen Hawking, zwarte gaten verdampen langzaam. In de verre toekomst van het heelal, lang nadat alle sterren zijn gestorven en sterrenstelsels uit het zicht zijn gerukt door de versnellende kosmische expansie, zwarte gaten zullen de laatst overgebleven objecten zijn.

De meest massieve zwarte gaten zullen een onvoorstelbaar aantal jaren nodig hebben om te verdampen, geschat op 10 tot de 100ste macht, of 10 met 100 nullen erachter. De engste objecten in het universum zijn bijna eeuwig.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.