22 mei 2019

Kunnen gravitonen uit een zwart gat ontsnappen?

Onlangs tijdens de lezing van Rob Roodenburg bij m’n sterrencluppie Huygens ging de discussie op een gegeven moment over de vraag hoe het kan dat gravitonen uit een zwart gat kunnen ontsnappen. Gravitonen zijn de hypothetische dragers van de zwaartekracht, net zoals fotonen de dragers van de electromagnetische kracht, gluonen de dragers van de sterke kracht en de W- en Z-bosonen de dragers van de zwakke kracht zijn. Gravitonen zijn in theorie massaloos en gaan dus net als fotonen met de lichtsnelheid. De ontsnappingssnelheid van een zwart gat is groter dan die lichtsnelheid, ergo óók gravitonen kunnen niet ontsnappen uit een zwart gat, ergo II buiten de waarneemhorizon – de grens waarbinnen die ontsnappingssnelheid groter dan de lichtsnelheid is – kan géén zwaartekracht merkbaar zijn van binnen het zwarte gat, ergo III (ja de laatste, ik beloof het), die plaatjes met kolkende maalstromen om zo’n zwart gat zijn onzin. Kortom, de vraag is of gravitonen uit zwarte gaten kúnnen ontsnappen en als dat kan hóe ze dat doen? En stel dat gravitonen helemaal niet bestaan, hoe kan zwaartekracht zich dan losrukken uit de alles in z’n greep houdende… zwaartekracht van het zwarte gat? Afijn, hier is het alles verlossende antwoord! 🙂

Het fossiele zwaartekrachtsveld

Het ‘fossiele’ zwaartekrachtsveld rondom een zwart gat

Zo’n zwart gat heeft natuurlijk niet altijd bestaan. De gangbare theorie van ‘stellaire’ zwarte gaten is dat ze ontstaan nadat een hele zware ster, vermoedelijk minstens 20 keer zo zwaar als de zon, aan het einde van z’n actieve leven explodeert als supernova. Zijn buitenlagen worden weggeknald, de kern krimpt ineen tot een zwart gat, zoals onlangs nog ‘live’ bleek te zijn waargenomen met supernovae SN 1979C. De stervende ster heeft net als alle objecten met massa een zwaartekrachtsveld om zich heen. De Algemene Relativiteitstheorie van Einstein zegt dat massa de ruimte kan krommen en dat is rond zo’n ster in sterke mate het geval. Op het moment dat de ster ineenklapt tot een zwart gat blijft het zwaartekrachtsveld bestaan als ‘fossiel veld’. Hetzelfde geldt voor een eventueel electromagnetisch veld dat de ster had: ook dat wordt bevroren in zo’n fossiel electromagnetisch veld, rondom de waarneemhorizon. Het is niet voor niets dat men het zwarte gat zelf ook wel een bevroren ster noemt. Het fossiele zwaartekrachtsveld heeft géén toevoer van ‘verse’ zwaartekracht (of gravitonen) vanuit het zwarte gat nodig om te blijven bestaan, zwaartekracht is een eigenschap van de ruimte zelf.

Twee soorten gravitonen

Indien gravitonen bestaan, hetgeen nog helemaal niet zeker is, dan zullen er vermoedelijk twee ‘soorten’ zijn: de longitudinale en de transversale gravitonen, net zoals er ook twee van dergelijke versies van de fotonen zijn. De longitudinale gravitonen en fotonen zijn verantwoordelijk voor het zwaartekrachts- respectievelijk electromagnetische veld. In die zin zijn deze gravitonen geen deeltjes, maar zorgen ze louter voor een statisch veld in de omringende ruimte en dus voor dat omringende fossiele zwaartekrachtsveld rondom het zwarte gat. De transversale gravitonen en fotonen zijn de variant die door de ruimte reizen met de lichtsnelheid. Transversale fotonen zien we als bijvoorbeeld licht of als radiostraling, transversale gravitonen kunnen we in theorie ‘zien’ als gravitatiestraling, welke rimpels in de ruimte kunnen veroorzaken. In 1974 toonde Stephen Hawking aan dat zwarte gaten transversale fotonen kunnen lekken, doordat virtuele fotonenparen zich vlakbij de waarneemhorizon scheiden, waarbij het ene deeltje in het zwarte gat verdwijnt en het andere eruit vliegt. Op quantum-mechanische redenen is dat ‘eruit vliegen’ mogelijk.  Hetzelfde zou – indien ze bestaan – ook met gravitonen het geval zijn. Ergo IV – oeps toch – zwarte gaten hebben dus wel degelijk een zwaartekrachtsveld. Bron: NASA.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.