Zijn zwarte gaten echt aan het verdampen? Spectrum van wetenschap
Om de vraag naar het lot van zwarte gaten te beantwoorden, moet men het massaverlies door Hawking-straling vergelijken met de toename van de massa door aangroei. Dit toont aan dat voor bekende zwarte gaten – en meer in het algemeen voor de echte zwarte gaten van vandaag – aanwas altijd dominant is.
Als je wilt weten hoeveel massa een zwart gat elke keer verliest door Hawking-straling, kijk je naar zijn stralingssterkte. Dit geeft (met behulp van de beroemde vergelijking E = mc2) Direct de hoeveelheid massa die elke keer verloren gaat. Hawking-straling heeft een zwart lichaamsspectrum. De Hawking-temperatuur neemt lineair af met het gatenblok. Als men er ook rekening mee houdt dat het bolvormige oppervlak van de waarnemingshorizon evenredig is met het kwadraat van de massa, dan kan worden gezien dat de snelheid van massaverlies kwadratisch afneemt met de massa. Dus de levensduur neemt toe met de derde macht van het blok.
Zelfs als men de processen van aangroei verwaarloost, is de ouderdom van een zeer massief zwart gat met meer dan 10 miljard zonsmassa’s80– maal de leeftijd van het heelal, 13,8 miljard jaar. Voor het enorme aantal 1080 Ter illustratie: men kan zich voorstellen dat dit het aantal atomen in het waarneembare universum is.
De kleinste zwarte gaten, die in de astrofysica kunnen worden gecreëerd door de ineenstorting van materie, zullen waarschijnlijk ongeveer drie zonsmassa’s hebben. Ze zullen “slechts” ongeveer 10 zijn55Leeftijd van de universum-tijd. In één mondiaal tijdperk zou het bijna 100 waterstofatomen kunnen verliezen. Daarentegen kunnen ze tot ongeveer 1.000 miljard ton materie per seconde verzamelen. Dus zelfs deze “kleine” gaatjes kunnen alleen realistisch groeien.
© U. Bastian / SuW Graphics (uittreksel)
Zwarte gaten | De levensduur van geïsoleerde zwarte gaten als gevolg van Hawking-straling is erg lang. Slechts minder dan een miljard ton – de massa van een middelgebergte – wordt korter dan het wereldtijdperk. Hij woog 100 ton – de massa van een locomotief – veel minder dan een seconde. De inzet rechtsboven toont de oorsprong van de Hawking-straling. Volgens de kwantumtheorie worden in de lege ruimte constant paren deeltjes (hier: fotonen) gecreëerd en kort daarna vernietigen ze elkaar weer. Als dit gebeurt nabij de waarnemingshorizon van een zwart gat, kan een enkel deeltje in zijn korte bestaan in het gat vallen. De andere (rood geverfd) mist een partner voor uitroeiing, en ontsnapt in het universum.
Men kan zich nu afvragen of er zwarte gaten volledig verdampen binnen een enkel universum. Deze moeten echter zo klein zijn dat ze niet kunnen worden veroorzaakt door materiaaldefecten. Astrofysici geloven dat “oorspronkelijke” zwarte gaten met ongeveer bergmassa’s kort na de oerknal werden gevormd. Zulke virtuele dingen zouden echt kunnen verdampen in het tijdperk van de wereld. Door de hoge temperatuur van de straling wanneer de massa afneemt, zal de energie die vrijkomt in de laatste fase van de verdamping zo hoog zijn dat de straling zich zal uiten als een flits van gammastralen. Dit biedt de mogelijkheid tot experimentele demonstratie van Hawking-straling – indien aanwezig.
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”