Hoe weten we hoe een zwart gat werkt als niemand er ooit in geweest is?

Antwoord

De vraag is eigenlijk een beetje contradictorisch. Een zwart gat is immers juist iets waaruit je niet kan ontsnappen eens je erin gevallen bent. Met andere woorden, gaan experimenteren in een zwart gat en dan terugkoppelen naar ons, gaat gewoon niet.

In die zin is een zwart gat dus in eerste instantie een theoretisch concept, en het is er een dat niet zo moeilijk is om te begrijpen. Om van de Aarde weg te spingen, moet je een minimale snelheid behalen om niet door de gravitatie van de Aarde te vertragen en uiteindelijk teruggehaald te worden. Voor de Aarde is die snelheid ongeveer 11 km/s. Maar als de Aarde meer massa zou hebben en/of een kleiner volume zou beslaan - de gravitatiekracht is immers evenredig met de massa en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de straal - dan zou die 'ontsnappingssnelheid' groter zijn. En dan is het enkel nog een kwestie van getalletjes invullen wanneer die snelheid groter zou zijn dan 300 duizend km/s, de lichtsnelheid, en de grootste snelheid die kan bereikt worden. Uit een medium dat daaraan voldoet, kan niets meer weg naar buiten, ook het licht niet, vandaar de benaming 'zwart gat' voor een buitenstaander.

De volgende vraag is dan hoe we iets kunnen vinden dat we niet kunnen zien. Rechtstreeks dus niet, maar wel via de invloed op de omgeving. Want de zwaartekracht van het zwarte gat is groot, en domineert de omgeving ervan. Als er zich dicht bij het zwarte gat een object bevindt waarvan het licht ons nog kan bereiken, dan kan de analyse van dat licht ons aanwijzingen geven dat daar inderdaad een zwart gat betrokken is. Het komt erop neer dat we waarnemen dat daar dingen gebeuren met veel energie (dus veel massa) en op heel kleine ruimtelijke schaal (want het verandert snel), waaruit we afmetingen en massa kunnen afschatten en al dan niet besluiten dat het schuldige object een zwart gat moet zijn.  De objecten die men zo als zwarte gaten heeft kunnen karakteriseren, zijn heel divers, van eindstadia van sterren tot kernen van sterrenstelsels, met nog een grote mogelijkheid van variatie tussenin.

Wat 'overleven' betreft. Wat er zich allemaal afspeelt in de extreme condities van zwarte gaten, is theoretisch interessant, want fysica op de limieten, en met energieën die we hier niet zomaar kunnen genereren. Want misschien kunnen de extreme condities rond zwarte gaten ons helpen om de fysica bij de hoogste energieën beter te begrijpen. Maar om te besluiten dat wij niet zouden overleven, hebben we geen nieuwe fysica nodig. Gewoon al het feit dat we aan de kant naar het zwarte gat toe meer aangetrokken worden dan er verder van, trekt ons gewoon uiteen. Dat zijn conclusies die we kunnen maken zonder het experimenteel geverifieerd te hebben. Zoals ik ook durf stellig te bevestigen dat we best geen experiment opzetten om te gaan proberen of een mens kan overleven op de Zon.