In 2017 maakten zes radiotelescopen verspreid over de hele wereld gezamenlijk een foto van het zwarte gat in het centrum van sterrenstelsel M87. Deze foto van de Event Horizon Telescope (EHT) werd een groot mediasucces. Vanaf dat moment waren zwarte gaten niet langer theoretische objecten waarvan we het bestaan alleen aan de hand van de zwaartekracht konden aantonen. Dat was vroeger. We leven nu in een tijdperk waarin we daadwerkelijk een zwart gat hebben gezien. En inderdaad, het gat is zwart.
Het zwarte gat in het centrum van M87 gemeten door de Event Horizon Telescope. Credit: EHT Collaboration.
Rond het zwarte gat valt heet gas en stof naar het zwarte gat toe. Dit gas en stof straalt onder meer radiogolven uit. De foto van de EHT toont ons deze radiogolven door gebruik te maken van valse kleuren. De kleuren van de ring rond het zwarte gat zijn dus nep. De verandering in de kleuren komt echter wel overeen met hoe de EHT verschillende intensiteit en golflengtes waarneemt.
Zwarte gaten zijn, voor zover we weten, oneindig klein. In het centrum van M87 zit de massa van miljarden zonnen samengepropt in een enkel punt, een singulariteit. Deze immense massa kromt de nabije ruimte dusdanig dat alles, zelfs licht, naar het zwarte gat toe wordt gebogen en wordt opgeslokt. De grens waarop licht nog net kan ontsnappen, heet de event horizon. Vanuit het gebied binnen deze event horizon komt geen licht en dus is het zwarte gat zwart. Maar ook net buiten de event horizon is de ruimte gekromd. Het zorgt ervoor dat de omgeving van het zwarte gat werkt als een lens. Het licht uit de omgeving wordt afgebogen. De foto uit 2017 laat dus niet alleen zien dat alles binnen de event horizon onzichtbaar is. Het toont ook dat de directe omgeving daarbuiten zwart is. De zwarte cirkel van de beroemde foto is dus groter dan de event horizon.
Maar het feit dat zelfs onze beste telescopen geen licht van het zwarte gat kunnen waarnemen, betekent niet dat zwarte gaten niet stralen. In 1974 bedacht de wetenschapper Stephen Hawking een methode om de kwantumeigenschappen van de ruimte nabij een zwart gat te beschrijven. Uit de kwantummechanica volgt dat de ruimte gevuld is met zogenaamde virtuele deeltjes. Deze deeltjes zijn in feite fluctuaties in een kwantumveld. Het is echter gemakkelijker om je in te beelden dat deze deeltjes spontaan ontstaan en ook weer onmiddellijk verdwijnen. Aan de grens van de event horizon van een zwart gat ontstaan paren van dit soort virtuele deeltjes die elkaar meteen weer opheffen. Met een slimme truc kon Hawking laten zien dat een van deze deeltjes door het zwarte gat kan worden opgeslokt, terwijl het andere net kan ontsnappen. Wanneer dat gebeurt, is het ontsnapte virtuele deeltje een echt deeltje geworden. De energie om dit deeltje te maken, komt af van het zwarte gat dat een klein beetje energie verliest. Daarmee hebben zwarte gaten een maximale levensduur van grofweg 10100 jaar.
Zwarte gaten stralen dus wel degelijk. Hawking liet zien dat deze straling overeenkomt met zogenaamde thermische straling. De straling van zwarte gaten is daardoor gelijk aan de straling van een hele koude ster. Een zwart gat met de massa van onze zon heeft een temperatuur van 0,000000060 Kelvin. Dat maakt de kleur van zwarte gaten niet zwart, maar een heeeeeel klein beetje grijs.
In mijn nieuwste video van Het heelal en meer vertel ik meer over de kleuren van het universum.
