14 december 2019

M87* is een Kerr zwart gat en dat geeft ‘m best wel bijzondere eigenschappen

Eerste foto van zwart gat, M87*. (c) EHT Collaboration.

Het 6,5 miljard zonsmassa wegende zwarte gat M87*, te vinden in het centrum van het enorme elliptische stelsel M87 in het midden van de Virgocluster van sterrenstelsels, waarvan we op 10 april voor het eerst de foto zagen, is een Kerr zwart gat. Dat wil zeggen dat de geometrie van het zwarte gat beschreven wordt door de Kerr Metriek, welke in 1963 voor het eerst beschreven werd door de Nieuw-Zeelandse wiskundige Roy Kerr. De basis voor de theorie van zwarte gaten is in 1915 gelegd met Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie. Op basis van de eerste exacte oplossing van de vergelijkingen van de ART, enkele maanden later gedaan door Karl Schwarzschild, kon men al het bestaan voorstellen van zwarte gaten, objecten wiens zwaartekracht zo sterk is dat zelfs licht niet kan ontsnappen. Schwarzschild z’n zwart gat was echter statisch en sferisch, niet roterend. Het was Kerr die in 1963 voor het eerst de exacte oplossing van de ART voor roterende zwarte gaten bedacht.

Credit: MATT VISSER, ARXIV:0706.0622

 

In de ART is de relatie tussen massa en ruimte cruciaal – zwaartekracht is feitelijk een consequentie van de invloed die massa op de ruimte heeft. De berekening van de metriek is daarom van groot belang voor de oplossing van de veldvergelijkingen uit Einstein’s ART. De metriek is  simpel gezegd de maat die het interval tussen twee gebeurtenissen in de ruimtetijd specificeert. Het zwarte gat dat volgt uit Schwarszchild z’n oplossing is simpel, die heeft een bolvormige waarnemingshorizon, met een straal die afhangt van de massa in de singulariteit in het midden – de zogeheten Schwarzschildstraal. Kerr’s oplossing is een stuk ingewikkelder, zoals je aan de figuur hierboven ziet, hetgeen de geometrie beschrijft van een roterend zwart gat. Laten we die geometrie eens bekijken:

  • Wat ten eerste opvalt is dat Kerr zwarte gaten niet één waarnemingshorizon hebben, maar twee, een binnenste en buitenste waarnemingshorizon (inner and ouder event horizon).
  • Buiten de buitenste waarnemingshorizon is er een gebied dat de ergosfeer heet. Daar wordt de ruimte zelf met de snelheid van het licht rondom het zwarte gat geslingerd – je leest het goed, niet deeltjes die daar om het zwarte gat heen bewegen, maar de ruimte zelf. 😀 Dat wordt ook wel het Lense-Thirring effect of frame-dragging genoemd.
  • Tenslotte de singulariteit zelf, de plek waar alle massa van het zwarte gat zit: in een Kerr-zwart gat is die singulariteit geen punt, maar een ééndimensionale ring.

Door de wet van behoud van impulsmoment lijkt het erop dat álle zwarte gaten in het heelal Kerr zwarte gaten zijn. Alle voorgangers van zwarte gaten hebben impulsmoment, of het nou zware sterren, neutronensterren of andere zwarte gaten zijn, dus met die behoudswet lijken statische Schwarzschild-zwarte gaten alleen hypothetisch te kunnen bestaan. En dat maakt de oplossing die Kerr in 1963 bedacht, al weer 56 jaar geleden, een heel bijzondere. Roy Kerr is inmiddels 84 jaar en onlangs nog benoemt tot lid van de Britse Royal Astronomical Society, een benoeming die we kunnen scharen onder de noemer van ‘beter laat dan nooit’. Bron: Starts with a Bang.

Speak Your Mind

*

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