19 mei 2021

Tussenmaat zwart gat ontdekt door de zwaartekrachtlens van een gammaflits

Impressie van het zwarte gat dat fungeert als lensstelsel van een gammaflits in het vroege heelal. Credit: Carl Knox, OzGrav.

Zwarte gaten zijn er in diverse groottes, variërend van (vooralsnog hypothetische) mini-zwarte gaten uit de oerknal via stellaire zwarte gaten tot en met de superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels. Tussen de stellaire zwarte gaten (van ca. 5 tot enkele tientallen keren de massa van de zon) en de superzware zwarte gaten (van miljoenen tot miljarden keren de massa van de zon) zit een tussenmaat zwart gat, de zogeheten intermediate black holes (IMBH’s, duizenden keren zo zwaar als de zon). Er zijn al meerdere van die tussenmaatjes ontdekt, maar het blijft toch altijd nog een lastig te vinden categorie. Maar nu is er eentje ontdekt op een bijzondere manier: het zwarte gat fungeerde als zwaartekrachtlens voor een gammaflits (GRB 950830), die zich in het vroege heelal voordeed en die slechts een halve seconde duurde en een enorme stoot gammastraling de ruimte in stuurde. Het waren twee botsende en samensmeltende sterren die de gammaflits veroorzaakten. Die gammaflits op zich was niet zo bijzonder, maar wel wat er met de gammastraling gebeurde die naar de aarde toekwam: de passeerde onderweg het zwarte gat, dat zich bevindt in een sterrenstelsel precies tussen GRB 950830 en de aarde gelegen. Door de zwaartekrachtwerking van het zwarte gat werd de gammastraling naar twee kanten uit verbogen (zie afbeelding bovenaan) en dat zorgde er voor dat er niet één gammaflits te zien was, maar twee. Onderzoek door James Paynter (University of Melbourne) en z’n team laat nu zien dat het zwarte gat in kwestie een massa moet hebben van 55.000 keer de massa van de zon (betrouwbaarheid 90%), een perfect voorbeeld van zo’n IMBH. Op basis van deze waarneming kon men ook een inschatting maken van de dichtheid van de tussenmaatjes zwarte gaten in het heelal: in de buurt van het Melkwegstelsel zouden er volgens de onderzoekers zo’n 46.000 moeten voorkomen. Hier het vakartikel over de ontdekking van deze tussenmaat zwarte gat, verschenen in Nature Astronomy. Bron: Universiteit van Melbourne.

Comments

  1. Mooi bericht toch;

    formaattechnisch gaat er het een en ander mis.
    Mijn inziens word de straling namelijk niet verbogen maar gaat gewoon rechtuit en volgt zo hun reis door het Heelal.
    Dat de ruimte-tijd verbogen is, is een heel ander feit dan dat er iets met een bocht zou gaan.
    Ik begrijp best dat het bericht er zo uit moet zien om het voor “iedereen” duidelijk te krijgen.
    Toch, de straling gaat gewoon rechtuit en niet in een bocht!
    Dat deze zich over de afstand zou kunnen spreiden is weer een ander feit wat alleen maar voordelig uitpakt voor het zien van een dubbele gammaflits die uit één punt is ontstaan.
    Verder dat onderzoekers dit event in z’n geheel zo goed hebben kunnen onderzoeken is best bijzonder gezien het bericht.
    De Gammaflits duurde maar een halve seconden en zo zou er ook maar een halve seconde observatie mogelijk zijn.
    Hoewel het kan zijn dat de straling rondom het Heersingsgebied van het zwarte-gat mogelijk de straling heeft uitgesmeerd en zo zou de observatietijd langer kunnen zijn.

  2. Klopt, de straling gaat rechtdoor, het is de ruimte die gekromd is door het zwarte gat, waardoor het lijkt alsof de fotonen een bocht maken.

  3. Ik roep ook maar wat zegt

    Arie, ik kreeg vandaag een vraag waar ik geen antwoord op had, nu gebeurt dat vaker maar ik vond het wel waard om deze door te spelen. Mijn collega vroeg me waarom licht niet kan ontsnappen uit een zwart gat. Normaal zou je zeggen dat dat komt door de enorme zwaartekracht van dat ding, maar toen zei hij dat lichtfotonen geen massa hebben en daardoor dus ook ongevoelig zouden moeten zijn voor zwaartekracht. Heb jij toevallig het antwoord voor me?

    • Hallo ‘Ik roep ook maar wat zegt’, aparte naam. 😀 Wat speelt bij zo’n zwart gat is de ontsnappingssnelheid om er uit te ontsnappen. Bij de aarde is die 11 km/s, bij een zwarte gat is die meer dan 300.000 km/s. Hé dat is de lichtsnelheid, de snelheid van de fotonen. Omdat de ontsnappingssnelheid dus groter dan de snelheid van het licht is kunnen zelfs de fotonen niet ontsnappen. En wat die massa betreft: ook al is de rustmassa van fotonen nul, ze hebben wel een klein beetje energie (of veel energie als het röntgen- of gammalicht betreft) en zoals Einstein al zei is energie ook massa, E=mc2. Vandaar dat ook fotonen niet kunnen ontsnappen uit een zwart gat.

      • Ik roep ook maar wat zegt

        Dank je wel Arie, ik had inderdaad even niet aan de relativiteitstheorie gedacht. Hij stelde de vraag en ik dacht bij mezelf: daar moet vast iemand over nagedacht hebben. ?

        Groet, Arp (over aparte namen gesproken maar het is degene waar ik het mee moet doen) ?

        • Klopt “Ik roep ook maar wat zegt”,

          er hebben heel veel astronomen over na zitten denken of niet iets van al dat licht aan een Zwart-gat kan ontsnappen.
          In eerste instantie was de theorie dat dit zo was “toch” een zekere Steven Hawking dacht vanaf 1975 er anders over.
          Gelukkig werd zijn idee een weddenschap en zo kwam er vaart achter om de theorie ook werkelijk waar te nemen.
          En in 2010 is de theorie via een experiment bewezen en blijkt een bepaalde straling toch uit een Zwart-gat te kunnen ontsnappen.
          Deze straling staat bekend als de Hawkingstraling.
          Gelukkig heeft Steven het nog in leven mee mogen maken dat zijn theorie klopte, hij is in 2018 gestorven.

      • Hoi Arie en “ik roep ook maar wat zegt”, het ligt volgens mij toch nog iets anders.
        De collega zou nl. zeggen dat fotonen met een hogere energie (of frequentie) meer afbuigen in het zwaartekrachtsveld en je dus een soort prismawerking krijgt en dat is niet het geval.
        Volgens de generieke relativiteitstheorie ligt het aan de kromming van de ruimte. De massa van het zwarte gat kromt de ruimte zo erg dat de fotonen maar één kant op kunnen, nl. naar het centrum van het zwarte gat.

        Groet,
        Piet

        • Fotonen met meer energie hebben ook een grotere impuls.

        • Ik heb mij ook al eerder op Astroblogs verbaasd over het feit dat er geen mooie regenboog corona om een Einstein lens te zien is die de verschillende energieniveaus van fotonen weergeeft, maar misschien is dat een nog niet uitgewerkt technisch hoogstandje. Ook hier en bij het M87 EHT plaatje zou ik dat eigenlijk ook verwachten, of zie ik dat verkeert?

          • Alles ‘valt’ even snel in een zwaartekrachtsveld. Hamers en veren op de maan, en fotonen rond een zwart gat ook.

            Dit zou toch bekend moeten zijn?

  4. @June, “alles ‘valt’ even snel in een zwaartekrachtsveld. Hamers en veren op de maan, en fotonen rond een zwart gat ook.” De wet van Newton zegt: F= G x (M1xM2)/R^2, vullen we voor M1 de equivalente energie massa van de fotonen (E=HF) in en voor M2 de BH massa, dan is de deviatie van de fotonen met verschillende energieniveaus toch variabel vanwege de verschillende uitkomsten van F? Zo krijg je toch kleurschifting?… maar die zien we niet, waar zit de adder? https://nl.wikipedia.org/wiki/Gravitatiewet_van_Newton

    • @Nico, dus de kracht is groter en dat is evenredig aan de kracht die nodig is om het foton af te buigen vanwege het impulsmoment van het foton. Ik denk dat June toch gelijk heeft. 🙂 Einstein heeft ‘t alleen op een andere manier beschreven.

    • Je maakt eigenlijk veel adders 😉

      Je mag niet energie en massa vermenigvuldigen om het resultaat dan in alleen massa uit te drukken. Want wat is F? Een getal in de eenheid newton. En dat is “De kracht die een massa van 1 kilogram een versnelling van 1 m/s² geeft.”

      Fotonen versnellen niet en zijn massaloos, de eenheid newton past niet.

      Je moet massa gebruiken voor alle massa’s, want zo is de wet geformuleerd. Newton sloot energie uit van zijn wet. Massa van een foton is 0, maar dat geeft ook 0 als antwoord wat (bewezen) fout is.

      Fotonen en zwarte gaten zijn relativistisch. Newtons wet is n.v.t. Dat maakt ART de beste manier om te rekenen, maar het is ook te beredeneren waarom blauw licht even sterk afbuigt (jawel Jos Hoebers :-p ) als rood licht.
      Piet geeft nog de laatste hint, of beter, meer het antwoord.

      • Ok @June, het is inderdaad iets ingewikkelder. Newtons wet kwam uit op slechts de helft van de deviatie maar geldt dus niet. Einstein postuleerde de dubbele afwijking in zijn relativiteitstheorie dat door Eddington werd bevestigd en komt neer op massa (4M) en “impact parameter (b)” volgens dit verhaal. https://towardsdatascience.com/einsteins-gravity-theory-and-the-bending-of-light-by-the-sun-1e796626dc19. Bij de impact parameter vind ik geen aanwijzingen die de massaenergie van het foton meeneemt … dus de knikker is bij mij gevallen. https://en.wikipedia.org/wiki/Impact_parameter. Voor alle deeltjes MET massa blijft Newton dus wel gelden, (maar die zien we niet).

        • “Voor alle deeltjes MET massa blijft Newton dus wel gelden, (maar die zien we niet).”

          Ik weet niet of ik je goed begrijp. Wat bedoel je met “die zien we niet”?

          In elk geval kan ook voor deeltjes met massa Newton ongeldig zijn, dat hangt van de situatie af. Een bekend voorbeeld is de levensduur van een muon, een zwaardere versie van het elektron. Als kosmische stralen botsen met deeltjes in de atmosfeer, kunnen deze muonen ontstaan. Gegeven hun korte levensduur en de afstand vanaf hun ontstaan tot het aardoppervlak zouden de meeste muonen moeten vervallen voor ze die reis gemaakt hebben, maar door hun enorm hoge snelheid profiteren ze van tijddilatatie en kunnen we er veel meer detecteren dan je zou verwachten als je uitsluitend een klassieke benadering van dit fenomeen gebruikt. Hier staat een mooi vergelijk:
          http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Relativ/muon.html

          Een ander bekend voorbeeld is de precessie van Mercurius, zie hier:
          https://en.wikipedia.org/wiki/Tests_of_general_relativity#Perihelion_precession_of_Mercury

          En dank voor dat artikel, erg interessant!

          • Je hebt gelijk, ik had ff moeten doorklikken op de link over Mercurius in die blog…. “It seems that even Einstein was stunned by the result. After finding the result of the calculation, he could not work for days. In his own words, he became “beside himself with joy.” https://towardsdatascience.com/einstein-and-the-most-beautiful-of-all-theories-f4ad4ce7a0a2 Interessante blog! Mijn conclusie dat het voor alle deeltjes met massa opgaat is dus niet correct. M.b.t. het muon is gezien zijn korte halfwaardetijd het effect van gravitatie (waar het hier over gaat) natuurlijk niet meetbaar maar meer het principe dat die tijdsdilatatie ook bij deeltjes met massa (en hele planeten) aan relativistische effecten onderhevig zijn, grappig… ik zie die Einstein al ronddansen van plezier 🙂

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: