We zijn allemaal gefascineerd door zwarte gaten. We vragen astronomen ernaar, we lezen erover in het nieuws en ze verschijnen in tv-programma's en films. Ondanks al onze nieuwsgierigheid naar deze kosmische beesten weten we nog steeds niet alles over hen. Ze negeren de regels door moeilijk te bestuderen en te detecteren. Astronomen zijn nog steeds aan het uitzoeken wat de exacte mechanica is van hoe stellaire zwarte gaten ontstaan wanneer massieve sterren afsterven.
Dit alles wordt nog moeilijker gemaakt doordat we van dichtbij geen zwart gat hebben gezien. In de buurt komen van een (als we konden) zou erg gevaarlijk zijn. Niemand zou het zelfs maar van dichtbij overleven met een van deze zwaartekrachtmonsters. Astronomen doen dus wat ze kunnen om ze op afstand te begrijpen. Ze gebruiken licht (zichtbare, röntgen-, radio- en ultraviolette emissies) die uit de regio rond het zwarte gat komen om een aantal zeer slimme conclusies te trekken over de massa, rotatie, straal en andere kenmerken. Vervolgens voeren ze dit allemaal in computerprogramma's die zijn ontworpen om activiteit van zwarte gaten te modelleren. Computermodellen die zijn gebaseerd op werkelijke waarnemingsgegevens van zwarte gaten, helpen hen te simuleren wat er bij zwarte gaten gebeurt, vooral wanneer iemand iets opslokt.
Wat een computermodel ons laat zien
Laten we zeggen dat er ergens in het universum, in het centrum van een sterrenstelsel zoals onze eigen Melkweg, een zwart gat is. Plotseling een intense flits van straling komt uit het gebied van het zwarte gat. Wat is er gebeurd? Een nabije ster is naar de accretieschijf afgedwaald (de schijf van materiaal die in het zwarte gat ronddraait), heeft de gebeurtenis doorkruist horizon (het zwaartekrachtspunt van geen terugkeer rond een zwart gat) en wordt verscheurd door de intense zwaartekracht Trekken. De stellaire gassen worden verhit terwijl de ster wordt versnipperd. Die stralingsflits is de laatste communicatie met de buitenwereld voordat ze voor altijd verloren gaat.
De kenmerkende stralingshandtekening
Die stralingshandtekeningen zijn belangrijke aanwijzingen voor het bestaan van een zwart gat, dat zelf geen straling afgeeft. Alle straling die we zien komt van de objecten en het materiaal eromheen. Astronomen zoeken dus naar de veelbetekenende stralingshandtekeningen van materie die wordt opgeslokt door zwarte gaten: röntgenstralen of radio-emissies, omdat de gebeurtenissen die ze uitzenden erg energiek zijn.
Na het bestuderen van zwarte gaten in verre sterrenstelsels, merkten astronomen op dat sommige sterrenstelsels plotseling opfleuren bij hun kernen en dan langzaam dimmen. De karakteristieken van het afgegeven licht en de dimtijd werden bekend als handtekeningen van zwarte gat-accretieschijven die nabijgelegen sterren en gaswolken opeten en straling afgeven.
Data maakt het model
Met voldoende gegevens over deze opflakkeringen in de harten van sterrenstelsels, kunnen astronomen supercomputers gebruiken om de dynamische krachten in de regio rond een superzwaar zwart gat te simuleren. Wat ze hebben gevonden, vertelt ons veel over hoe deze zwarte gaten werken en hoe vaak ze hun galactische gastheren verlichten.
Bijvoorbeeld een sterrenstelsel zoals het onze Melkweg met zijn centrale zwarte gat kan elke 10.000 jaar gemiddeld één ster opslokken. De straling van een dergelijk feest verdwijnt heel snel. Dus als we de show missen, zien we hem misschien een hele tijd niet meer terug. Maar er zijn veel sterrenstelsels. Astronomen onderzoeken zoveel mogelijk om te zoeken naar uitbarstingen van straling.
De komende jaren zullen astronomen worden overspoeld met gegevens van projecten als Pan-STARRS, GALEX, de Palomar Transient Factory en andere aankomende astronomische onderzoeken. Er zullen honderden evenementen in hun datasets staan om te verkennen. Dat zou ons begrip van zwarte gaten en de sterren eromheen echt moeten vergroten. Computermodellen zullen een grote rol blijven spelen bij het onderzoeken van de voortdurende mysteries van deze kosmische monsters.