Uitgebreid onderzocht zwart gat ‘verorbert’ twee aardes aan materie per uur

Met behulp van gegevens die zijn verzameld door het Europese observatorium XMM-Newton is men dichter dan ooit bij een supermassief zwart gat, dat in de kern van een verafgelegen actief sterrenstelsel ligt, weten te komen. Het stelsel, dat 1H0707-495 wordt genoemd, werd bestudeerd tijdens vier sessies die ieder twee dagen in beslag namen en in januari van het afgelopen jaar van start gingen. Eerder werd verondersteld dat het zwarte gat gedeeltelijk verscholen lag achter tussenkomende wolken van gas en stof, maar dit bleek niet het geval te zijn. Het gebied rondom het object kon namelijk beter in kaart gebracht worden dan waar astronomen tot op de dag van vandaag in staat toe waren.

De omgeving rond het zwarte gat kon uitgebreid onder de loep worden genomen vanwege het feit dat er continu röntgenstraling vrijkomt als het object nabijgelegen materie ‘opslurpt’. In deze uitstoot werden twee opvallende emissielijnen van ijzer ontdekt, een verschijnsel dat nog niet eerder in een actief stelsel werd gezien. Deze zogeheten K en L-lijnen kunnen alleen zo helder zijn als er een grote hoeveelheid ijzer te vinden is in de buurt van het zwarte gat en de aanwezigheid van hun beiden doet dan ook vermoeden dat de kern veel meer ijzer bevat dan de rest van het onderzochte sterrenstelsel. De helderheid van de röntgenstraling varieerde tijdens de observaties sterk en omdat de L-lijn helder genoeg was om deze veranderingen te volgen, kon men meer de weten komen over de omstandigheden die heersen bij het zwarte gat.

Uit een analyse van de gegevens bleek dat de veranderingen in helderheid om de dertig seconden optraden, zowel in de straling die direct zichtbaar was als de straling die gereflecteerd werd door de schijf van materiaal die het object omgeeft. Dankzij deze onderbreking in de echo die ontstond bij de uitstoot van de röntgenstralen wisten astronomen de grootte van het reflecterende gebied te meten en hieruit blijkt dat het zwarte gat zo’n drie tot vijf miljoen keer zo zwaar is als de zon. Aan de hand van de observaties aan het tweetal lijnen heeft men bovendien aan kunnen tonen dat het object met een zeer hoge snelheid ronddraait en het zo snel materie ‘verorbert’ dat het bijna aan het theoretische limiet zit. Per uur zouden er ter vergelijking twee aardes in het zwarte gat verdwijnen.

13 reacties

  • Jonathan Dhaese

    30 mei 2009

    Is die snelheid waarmee het materie opslokt constant (in astronomische tijden gesproken), of zal deze snelheid steeds toenemen omdat het zwaartekrachtveld vergroot (aangezien er zich meer materie in het zwarte gat bevindt) ?

  • bladerunner

    30 mei 2009

    De snelheid wordt niet hoger naarmate een zwart gat zwaarder wordt.
    De snelheid waarmee materie uiteindelijk wordt opgeslokt is gelijk aan de lichtsnelheid.
    Elk zwart gat heeft heeft de zelfde ontsnappingssnelheid, namelijk boven de lichtsnelheid.

    Wat wel gebeurt is dat een zwaarder wordend zwart gat een steeds groter bereik krijgt (de “event horizon” of “gebeurtenis horizon”). Dat is namelijk de grens waarop de materie “verdwijnt” omdat het de lichtsnelheid heeft bereikt. Het is dus de denkbeeldige radius van het zwarte gat.
    Deze radius is gelijk aan 2GM/c^2 (G=gravitatie constante, c = lichtsnelheid, en M is natuurlijk de massa)
    (d.w.z bij een niet roterend zwart gat, in alle andere gevallen is dit sterk afgeplat)
    Dus naarmate het zwarte gat zwaarder wordt, raakt materie op een steeds grotere afstand onder invloed van de zwaartekracht en gaat naar het gat toe bewegen, maar de uiteindelijke bereikte snelheid is steeds het het zelfde.

    Als dit gat stil zou staan is de radius ± 11 miljoen km. Maar de radius van de invloedssfeer is veel groter.

  • Jonathan Dhaese

    31 mei 2009

    Sorry, ik heb mij verkeerd uitgedrukt.

    Zal er steeds meer materie per tijdseenheid worden opgeslokt naarmate de massa van het zwarte gat toeneemt?

  • Patrick

    31 mei 2009

    Zweeft er ijzer rond in de ruimte? Een rare gedachte.

  • Jonathan Dhaese

    31 mei 2009

    Patrick,

    Ijzeratomen worden geproduceerd wanneer de allerzwaarste sterren aan het einde van hun levensloop komen. Er zweeft dus inderdaad ijzer rond in de ruimte, maar niet bijvoorbeeld een ijzeren staaf maar gewoon ijzeratomen (chemische element Fe)

  • bladerunner

    31 mei 2009

    @Jonathan:
    Dat wel ja. Want het gebied rond het zwarte gat krijgt een steeds grotere reikwijdte, dus vangt het steeds meer materie op. Er is overigens wel een grens aan wat een zwart gat per seconde kan “verorberen”. Dit komt omdat net als bij elk ander systeem waar uitwisseling van energie plaats vindt de wet op het behoud van energie van toepassing is. Het is eigenlijk een erg complex systeem, want zwarte gaten draaien (zoals dus ook deze) zeer snel om hun as. Als gevolg daarvan wordt een deel van de aantrekkingskracht opgeheven door de middelpuntvliedende kracht. Vandaar het ontstaan van de z.g.n. accretie disk, een platte schijf rond het gat waar de materie in blijft “hangen”

    @Patrick:
    Dat is eigenlijk helemaal niet zo vreemd hoor. En het heeft te maken met de evolutie van zware sterren.
    Het laatste en zwaarste element dat vlak voor een supernova explosie ontstaat in de kern van een ster is Ijzer. Door de explosie worden dus alle elementen vanaf Waterstof tot Ijzer het heelal in geslingerd. (Hoewel er laatst een bericht was te lezen over een supernova die “te vroeg” explodeerde en waarbij dus het element Ijzer in ieder geval ontbrak) Supernova’s zijn dus de bron van dergelijke in het heelal vrij rondzwevende elementen, en kunnen door andere sterren of gaswolken worden ingevangen als “bouwsteen” voor een planetenstelsel zoals het onze.

  • bladerunner

    31 mei 2009

    Je bent me weer net voor Jonathan (maar ja ik wilde ook twee antwoorden geven he?)

  • Jonathan Dhaese

    1 juni 2009

    En je wilde het natuurlijk uitgebreider aanpakken dan ik deed 🙂

  • Marc

    6 juni 2009

    Wat is die rode kern in het midden? Is dat het ‘zwarte’ gat zelf?
    Hoeveel lichtjaar staat dit gat van ons vandaan?

  • bladerunner

    7 juni 2009

    Beste Marc: de afbeelding bij het artikel is geen actuele foto van het zwarte gat, maar een artistieke impressie van hoe wij denken dat het er in de directe omgeving van een zwart gat uit ziet.
    De kleuren zijn dus min of meer willekeurig, en betekenen op zich niets. Het zwarte gat zelf is sowieso onzichtbaar omdat er alleen maar licht in valt en niet er uit.
    Het blijkt verder dat men tot op een afstand van slechts 2 maal de radius van het gat, invallende materie heeft kunnen volgen.
    Ik heb nog niet gevonden hoever het hier vandaan staat, maar de positie is: RK: 07:08:41.50 Dec: -49:33:06.0 (dus op het zuidelijk halfrond) en de visuele magnitude van het stelsel waar dit gat in zit is 15,7
    Het is een stelsel van het type Seyfert 1

  • Basti

    25 juni 2009

    Ik heb ook een vraagje. Zal de rotatie van een zwart gat toenemen naar mate de massa toeneemt?
    Want ik vraag dit omdat de levensduur van een zwart gat niet oneindig is.. als de rotatie afneemt als de massa toeneemt kunt je er van uitgaan dat naar de Implosie (want dat is een zwart gat eigenlijk) een erg grote explosie zal volgen (soort super supernova, klinkt gek he :D).

  • Basti

    25 juni 2009

    nog even een toevoeging. Alle elementen trekken elkaar aan, maar er blijft altijd een bepaalde ruimte tussen de elementen zitten (anders zou bv water al een zwart gat vormen). Als die ruimte nu word tegen gehouden door de intense aantrekkingskracht van een zwart gat. Misschien komt het tot een explosie als de rotatie van een zwart gat afneemt (ik denk dat de rotatie te maken heeft met de aantrekkingskracht van een zwart gat). Zodat de ruimte tussen de elementen word dan weer terug genomen en zal het geheel uit elkaar worden gedrukt met een enorme kracht ).

    Heeft iemand anders een idee hoe een zwart gat aan zijn einde komt?

  • bladerunner

    25 juni 2009

    @Basti:

    Elk zwart gat wordt beschreven aan de hand van 3 parameters:

    1) Massa
    2) Elektrische lading
    3) Hoekmoment (wat dus voort komt uit de rotatie snelheid)

    Nu kan een zwart gat elke waarde aannemen wat betreft zijn massa, maar de twee andere parameters hebben waarden binnen een bepaalde grens die door de massa wordt bepaald.
    De verhouding tussen die parameters is als volgt:

    Q^2+(J / M)^2 ≤ M^2. Hierin is Q de elektrische lading, en J het hoekmoment

    Met andere woorden: als Q b.v.b. stijgt, zal J lager moeten zijn wil het zwarte gat aan deze vergelijking voldoen.
    Als we wat fantasie getallen invullen zoals: Q=15, J=200 en M=20 dan krijgen we 325, wat dus kleiner is dan M^2 (400). Nemen we Q=18, J=200, M=20 dan gaat dat niet omdat de uitkomst 424 is. J zal dan b.v.b. 150 kunnen zijn omdat we dan weer kleiner uitkomen (380,25).
    Dus je ziet dat een zwart gat van een bepaalde massa verschillende rotatiesnelheden kan hebben bij een gelijke massa en/of lading (zolang er maar aan de vergelijking wordt voldaan). Als nu de massa door invallende materie stijgt, gaan ook J en Q stijgen. Nu wordt de toename van Q bepaald door de energie die de invallende materie heeft. Dus een snellere stijging van Q kan betekenen dat J zal afnemen om aan de vergelijking te voldoen.
    Wat er dus gebeurt met de rotatie van een zwart gat, wordt o.a. bepaald door de situatie direct rond het zwarte gat. Als er b.v.b. weinig of geen materie aanwezig is, groeit de massa niet, en zal het gat steeds langzamer gaan draaien. (Het verliest immers momentum). Een niet roterend zwart gat is dimensie loos en oneindig klein en dicht. Alle zwarte gaten roteren zeer snel, en zijn daarom eerder schijfvormig met een oneindig kleine “dikte”. In dat gebied komt de materie samen (de accretie disk). De kans dat een zwart gat stilstaat is extreem klein, omdat het object waaruit het zwarte gat ontstond zelf ook stil had moeten staan. Als dus de rotatie afneemt krijgen we een situatie die we niet kunnen voorspellen. Het is echter bewezen dat zwarte gaten toch nog iets uitstralen: de z.g.n. Hawking Radiation. Dus de massa van een zwart gat neemt af als er geen materie meer invalt, en daarmee dus ook Q en J. Net zolang totdat het “weg” is, het verdampt volgens de huidige modellen, het explodeert dus niet. Dit is echter nog nooit waargenomen, omdat het heelal daar te jong voor is.

    Normaal gesproken is er ruimte tussen atomen (verhoudingsgewijs zelfs erg “veel”). Maar in een witte dwerg ster zijn alle elektronen los van de atoom kernen die haast tegen elkaar aan zitten, in een neutronen ster zijn alle elektronen ingevangen door de protonen die vervolgens neutronen worden. Wat er nu precies gebeurt in een zwart gat met deze neutronen is niet bekent. De structuur in een zwart gat is een mysterie. we weten alleen dat er van “ruimte” geen sprake meer is. En verder wordt de rotatie van een zwart gat niet bepaald door de aantrekkingskracht, maar door de rotatie en massa die het object had vóór dat het een zwart gat werd. Dus een grote langzaam draaiende massieve ster produceert een “langzaam” draaiend zwart gat. En een ster met de zelfde massa maar een snelle rotatie dus een sneller draaiend zwart gat.

Comments are closed.