Hoe dicht kun je bij een zwart gat komen?

Gasstromen vallen naar hun ondergang, storten zich in zwarte gaten, voor altijd opgesloten van het universum. Op hun laatste momenten zenden deze gasachtige flarden een laatste lichtflits uit, enkele van de helderste emissies in het universum. 

Deze doodduiken zijn te ver weg om direct te zien, maar astronomen hebben een nieuwe techniek bedacht om hun paniekerige schreeuw om hulp te detecteren. Ze gebruiken de methode om onze kennis van zwaartekracht te testen in de meest extreme omgevingen in het universum.

In een nieuwe studie keken natuurkundigen naar specifieke kenmerken van dat licht om erachter te komen hoe je het dichtst bij een zwart gat kunt komen zonder hard te hoeven werken om een ​​ramp te voorkomen - een drempel die de binnenste stabiele cirkelbaan of ISCO wordt genoemd. De onderzoekers ontdekten dat hun methode zou kunnen werken met gevoeliger röntgentelescopen die online komen. 

Verwant: 9 ideeën over zwarte gaten die je versteld doen staan

Over de waterval

De waarnemingshorizon van een zwart gat is de onzichtbare lijn-in-het-zand waarover je nooit meer kunt terugkeren. Zodra iets de waarnemingshorizon passeert, zelfs het licht zelf, kan het niet meer terugkeren naar het universum. De zwaartekracht van het zwarte gat is gewoon te sterk in dat gebied.

Buiten een zwart gat is alles echter gewoon dandy. Een bepaald zwart gat zal een bepaalde massa hebben (van een paar keer de massa van de zon voor de kleinere in de melkweg tot miljarden keren zwaarder voor de echte monsters die door de kosmos zwerven), en een baan om het zwarte gat is net als in een baan om iets anders van identieke massa. Zwaartekracht is gewoon zwaartekracht, en banen zijn banen.

Inderdaad, veel dingen in het universum bevinden zich in een baan rond zwarte gaten. Zodra deze roekeloze avonturiers verstrikt raken in de omhelzing van het zwarte gat, beginnen ze aan de reis tegen het einde. Wanneer materiaal naar het zwarte gat valt, heeft het de neiging om in een flinterdunne band te worden geperst die bekend staat als een accretieschijf. Die schijf draait en draait, met warmte, wrijving en magnetische en elektrische krachten die hem bekrachtigen, waardoor het materiaal helder gloeit.

In het geval van de meest massieve zwarte gaten gloeien de accretieschijven eromheen zo intens dat ze een nieuwe naam krijgen: actieve galactische kernen (AGN), die miljoenen individuele sterrenstelsels kunnen overtreffen.

In de accretieschijf wrijven individuele stukjes materiaal tegen andere stukjes, waardoor ze rotatie-energie afvoeren en ze steeds naar binnen drijven naar de gapende kuil van de waarnemingshorizon van het zwarte gat. Maar toch, als die wrijvingskrachten er niet waren geweest, zou het materiaal voor altijd rond het zwarte gat kunnen draaien, net zoals de planeten miljarden jaren rond de zon kunnen draaien..

Een oproep om hulp

Naarmate je echter dichter bij het centrum van het zwarte gat komt, bereik je een bepaald punt waar alle hoop op stabiliteit tegen de rotsen van de zwaartekracht wordt geslagen. Net buiten het zwarte gat, maar voordat ze de waarnemingshorizon bereiken, zijn de zwaartekrachten zo extreem dat stabiele banen onmogelijk worden. Als je eenmaal deze regio hebt bereikt, kun je niet in een rustige baan om de aarde blijven. Je hebt maar twee keuzes: als je raketten of een andere energiebron hebt, kun je jezelf in veiligheid brengen. Maar als je een ongelukkige brok gas bent, ben je gedoemd om vrijuit te vallen in de wachtende donkere nachtmerrie beneden.

Deze grens, de binnenste stabiele cirkelbaan (of ISCO voor liefhebbers van astronomisch jargon), is een duidelijke voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie, dezelfde theorie die in de eerste plaats het bestaan ​​van zwarte gaten voorspelt..

Verwant: 8 manieren waarop je de relativiteitstheorie van Einstein in het echt kunt zien

Ondanks het succes van de algemene relativiteitstheorie bij het voorspellen en verklaren van verschijnselen in het universum, en onze zekere wetenschap dat zwarte gaten echt zijn, hebben we nooit het bestaan ​​van de ISCO kunnen verifiëren en of deze in overeenstemming is met de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie..

Maar het gas dat ten onder gaat, kan voor ons een manier zijn om dat bestaan ​​te verifiëren.

Dansende lichten

Een team van astronomen heeft onlangs een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, dat ook is geüpload naar het preprint-tijdschrift arXiv, waarin wordt beschreven hoe je van dat afstervende licht kunt profiteren om de ISCO te bestuderen. Hun techniek is gebaseerd op een astronomische truc die bekend staat als nagalm-mapping, die profiteert van het feit dat verschillende gebieden rond het zwarte gat op verschillende manieren oplichten..

Verwant: Waar leiden zwarte gaten toe??

Wanneer gas uit de accretieschijf stroomt, langs de ISCO - het binnenste deel van de accretieschijf - en in het zwarte gat zelf, wordt het zo heet dat het een brede strook hoogenergetische röntgenstraling uitzendt. Dat röntgenlicht schijnt in alle richtingen weg van het zwarte gat. We kunnen deze emissie helemaal vanaf de aarde zien, maar de details van de accretieschijfstructuur gaan verloren in de gloed van röntgenglorie. (Als u meer begrijpt over de accretieschijf, kunnen astrofysici ook grip krijgen op de ISCO.)

Datzelfde röntgenlicht verlicht ook gebieden ver buiten de accretieschijf, gebieden die worden gedomineerd door klonten koud gas. Het koude gas wordt geactiveerd door de röntgenstralen en begint zijn eigen licht uit te zenden, in een proces dat fluorescentie wordt genoemd. We kunnen deze emissie ook detecteren, los van de röntgenvlam die afkomstig is van de gebieden die zich het dichtst bij het zwarte gat bevinden.

Het duurt even voordat het licht van de ISCO en het buitenste deel van de accretieschijf naar het koude gas reist; als we goed kijken, kunnen we eerst de centrale gebieden (de ISCO en de binnenste delen van de accretieschijf) flare waarnemen, kort gevolgd door het "galm" oplichten van de lagen buiten de ISCO en de onmiddellijk omringende accretieschijf.

De timing en details van het weerkaatste licht zijn afhankelijk van de structuur van de accretieschijf, die astronomen eerder hebben gebruikt om de massa van zwarte gaten te schatten. In deze meest recente studie gebruikten onderzoekers geavanceerde computersimulaties om te zien hoe de beweging van gas binnen de ISCO - hoe het gas sterft als het uiteindelijk naar de waarnemingshorizon van het zwarte gat valt - de emissie van röntgenstralen beïnvloedt, zowel dichtbij als buiten. gas-.

Ze ontdekten dat, hoewel we momenteel niet de gevoeligheid hebben om het gedoemde gas te meten, de volgende generatie röntgentelescopen dat wel zou moeten kunnen, waardoor we het bestaan ​​van de ICSO kunnen bevestigen en kunnen testen of het overeenstemt met de voorspellingen van algemene relativiteitstheorie, in misschien wel de meest gravitatie-extreme gebieden van het hele universum.

• De 12 vreemdste objecten in het universum
• Van oerknal tot heden: momentopnames van ons universum door de tijd heen
• Stephen Hawking's meest verre ideeën over zwarte gaten

Oorspronkelijk gepubliceerd op . 

AANBIEDING: Bespaar 45% op 'How It Works' All About Space 'en' All About History '!

Voor een beperkte tijd kun je een digitaal abonnement nemen op een van onze bestverkochte wetenschappelijke tijdschriften voor slechts $ 2,38 per maand, of 45% korting op de standaardprijs voor de eerste drie maanden.