samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Moderators: Michel Uphoff, jkien

Reageer
Berichten: 3.860

samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Zwarte gaten zouden ontstaan omdat zware sterren aan het einde van hun leven zichzelf samendrukken totdat ergens de ontsnappingssnelheid groter wordt dan de lichtsnelheid. Daarna is er geen weg terug meer en stort de zaak steeds verder in
Mijn vraag is nu of dit punt van instorten ook al eerder op kan treden dan op het moment dat de ontsnappingssnelheid gelijk wordt aan de lichtsnelheid.  
Dat samendrukken vergt veel energie die geleverd moet worden. als dit 'point of no return' al eerder optreedt dan zou het op dat moment geen energie meer kosten om de zaak verder samen te drukken. Mijn 2e vraag is dan of de totale energie die in het zwarte gat zit opgeslagen groter of kleiner is dan de energie in de toestand voordat het een zwart gat was, dus nog gewoon een grote ster.
 
 

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Mijn vraag is nu of dit punt van instorten ook al eerder op kan treden
 

Ja, ik denk wel dat dit kan. Zo is er een bekende pulsar met een massa gelijk aan twee zonnen en een radius van 13 km. Ga je daar de ontsnappingssnelheid van uitrekenen, dan kom je op ruwweg 200.000 km/s. Deze pulsar zit zeer dicht tegen de Tolmann-Oppenheimer-Volkoff limiet (klik) aan, die ergens tussen 1,5 en 3 zonmassa's ligt. Neutronensterren met die limietmassa en die radius kunnen geen weerstand meer bieden tegen de gigantische druk en storten in tot een black hole. Neutronensterren hebben allemaal een extreem kleine diameter, en die is niet echt goed bekend. Maar nemen we die 13 km radius even als uitgangspunt, dan kan je ongeveer 4,4 zonmassa's in die kleine bol proppen voordat de ontsnappingssnelheid gelijk aan de lichtsnelheid is, en dat is met zekerheid boven genoemde limiet.

Dat zou dus kunnen betekenen, dat een neutronenster al aan het instorten is voor de ontsnappingssnelheid gelijk is aan c (de lichtsnelheid in vacuüm).

 

Maar deze overgangstoestand duurt als ik bovenstaande juist heb maar zeer kort. Nemen we die bekende pulsar (klik) als voorbeeld en stellen wij dat hij als het toerental (nu ongeveer 26 omwentelingen per seconde) voldoende afneemt de ster ineen begint te storten. Dan zal de straal af moeten nemen van 13 tot 6 km vóór de ontsnappingssnelheid gelijk is aan c. We mogen aannemen dat het ineenstorten met zeer grote snelheid gebeurt (tegen die 200.000 km/s aan), en dus zal de toestand waarin de ster ineen aan het storten is én de ontsnappingssnelheid nog lager is dan c een paar milliseconden duren.

 
Mijn 2e vraag is dan of de totale energie die in het zwarte gat zit opgeslagen groter of kleiner is
 

In principe is de massa van het black hole altijd minder dan dat van de 'moederster', of - in het geval van samensmelten van twee neutronensterren - de moedersterren. Er worden bijvoorbeeld enorme hoeveelheden energie in de vorm van gammastraling de ruimte ingejaagd, en tevens gaat er een deel van de massa (= energie) verloren aan zwaartekrachtsgolven. Bij een supernova die eindigt in een black hole wordt een groot deel van de massa van de moederster de ruimte ingeslingerd voor het black hole ontstaat.

Berichten: 3.860

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Dank voor dit heldere antwoord. Als dat zo is dan moet het omgekeerd ook energie kosten om een zwart gat te laten verdampen als gevolg van Hawking straling. immers op het moment dat het zwarte gat zoveel massa verliest dat het weer gelijk wordt aan die 6 km dan was dat ook het moment waarop de hoeveelheid energie vast kwam te liggen op de waarnemingshorizon en dat was nog veel minder energie vergeleken met het instort moment van 13km. (het moment waarop er geen uitwendige arbeid meer geleverd hoefde te worden om het samen te persen)
 
Dus moet het dan veel meer energie bevatten dan de ster waaruit het ooit ontstaan is. Als het zwarte gat minder energie bevat als zijnde 'stabiel zwart gat', waar komt dan de energie vandaan om het zwarte gat te laten verdampen, immers Hawking straling neem je waar als warmtestraler, dus geeft naar buiten toe ook nog eens energie af.   

Berichten: 3.860

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Michel Uphoff schreef:  

Dan zal de straal af moeten nemen van 13 tot 6 km vóór de ontsnappingssnelheid gelijk is aan c. We mogen aannemen dat het ineenstorten met zeer grote snelheid gebeurt (tegen die 200.000 km/s aan), en dus zal de toestand waarin de ster ineen aan het storten is én de ontsnappingssnelheid nog lager is dan c een paar milliseconden duren.
 
Waarom 200000km/s, immers het '13km' punt is in principe een stabiel punt waarop alle snelheden dus in principe 0 zouden kunnen zijn als het het heel langzaam samendrukt. vanaf dat moment zou de massa dan versneld gaan worden door de netto kracht (= zwaartekracht-afstotende kracht). vanaf zo'n evenwitchtspunt waarvanuit 1 kracht zwakker wordt en de andere sterker zou ik in het begin een paraboolbaan versnelling verwachten, pas op het moment dat de materie vanaf het 13km punt het 6 km punt bereikt het je een hoge snelheid (300000km/s= ontsnappingssnelheid op dat moment) als je in gedachten op dat moment een deeltje af zou schieten vanaf 6 km met 300000km/s dan komt dat deeltje nog net tot 13km hoogte zou ik denken.   

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Het is niet precies 200.000 km/s, maar minder. De aanvangssnelheid is nul, de startversnelling 200.000.000 m/sen de eindversnelling 300.000.000 m/s2.

s=0,5 at2 dus kunnen we het ruwweg schatten: s=7000m. a=2,5.108. t is dan 5,3 milliseconde. Waar het om gaat, is dat die tijdelijke toestand waarbij de ster al instort onder de eigen gravitatie én de ontsnappingssnelheid minder is dan c erg kort duurt.

 
dan was dat ook het moment waarop de hoeveelheid energie vast kwam te liggen op de waarnemingshorizon en dat was nog veel minder energie vergeleken met het instort moment van 13km
 

Deze redenering kan ik niet volgen. Op het moment dat er een waarnemingshorizon ontstaat (Vescape > c) houdt het black hole niet op met groeien, de rest van de sterkern (als we even uitgaan van een ineenstortende reuzenster) komt er achteraan en verdwijnt ook in het black hole. Dus neemt de massa (=energie) ook na het ontstaansmoment van de waarnemingshorizon toe. Met het toenemen van de massa groeit ook het black hole, de diameter van de waarnemingshorizon wordt groter. Het verband tussen de diameter van het black hole (althans, van zijn waarnemingshorizon) en zijn massa wordt beschreven met de Schwarzschildformule: klik

 

Daarnaast zal het black hole nog eeuwen gevoed worden door sterrestanten die terug spiraliseren naar het centrum en mogelijk nog miljarden jaren door invallend interstellair gas en stof en mogelijk sterren en planeten. Zo ontstaan naar alle waarschijnlijkheid de superzware black holes in de centra van de sterrenstelsels.

 

Maar als na verloop van een duizelingwekkend lange tijd alle stof en straling is opgeslorpt door het black hole, en de temperatuur van het heelal lager wordt dan die van het black hole, dan begint het black hole weer meer energie uit te stralen dan het ontvangt. Het black hole wordt dus minder zwaar (massa wordt omgezet in energie). Eerst extreem langzaam, maar naarmate de massa afneemt steeds sneller en het black hole begint dus steeds sterker te stralen, tot het de rest van de massa in zeer korte tijd middels een extreme flits van energie de ruimte in jaagt. Stellaire black holes leven extreem lang, een zwart gat met een massa van 10 zonnen zou zo'n 2.1070 jaar blijven bestaan, dat is vele miljarden, miljarden, miljarden keer zo lang als het heelal nu oud is.

Berichten: 3.860

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Erg kort inderdaad om van 12 naar 6 km te komen, dat punt is in feite niet waar het mij om ging.
 
essentie van het punt waar ik mee zit is het feit dat je een massa in normale aardse toestand met een bepaalde referentie energie (stel voor het gemak even wref) kunt samenpersen tot het een zwart gat wordt waarvoor je eerst heel veel energie moet leveren deltaW1. daarna stort het in tot het een zwart gat wordt vanaf het 'point of no return' daarbij komt dan volgende het eerdere antwoord meer energie vrij dan je er eerst hebt ingestopt (deltaw2) Wblack=Wref+deltaw1-deltaw2 
 
mijn punt is dus: hoe kom ik van wblack weer terug naar een situatie van de normale wereld als Wblack een lager energienivo heeft dan Wref als ik alleen moet vertrouwen op het langzaam kleiner worden van het zwarte gat door Hawking straling.
 
stel even dat we alle complicerende factoren even buiten de deur houden zoals het invallen van extra massa van materie die toevallig ook nog langskomt vliegen. als het blackhole kleiner wordt moet het dus energie uitsttralen, dus kan het alleen maar minder energie krijgen dan Wblack, dus hoe kan het dan ooit terugkeren naar normale materietoestand en ook nog een extreme flits van energie geven.
 
waar komt die energie vandaan?
 
 
 
Bijlagen
blh1.GIF
blh1.GIF (112.73 KiB) 1152 keer bekeken

Berichten: 3.860

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Mijn conclusie uit voorgaande zou zijn dat het energienivo van een zwart gat groter moet zijn dan het energienivo van de massa waaruit het ooit is ontstaan, anders kan het nooit verdampen via hawking straling omdat via Hawking straling energie aan het zwarte gat wordt onttrokken.
 
Wat mij dan nog steeds niet duidelijk is is dat het zwarte gat energie levert aan zijjn omgeving door invallende materie te versnellen, dus moet de energie wel lager Zijn dan die van de materie voordat die erin viel en dat is tegenstrijdig met de eerste conclusie.
 
Kan iemand mij uitleggen hoe je dan toch kunt verklaren dat een zwart gat kan verdampen onder afgifte van straling?
 
Ik mis dus de redenatie achter de totale energiebalans in het process van ontstaan van een zwart gat en het weer verdwijnen ervan. de totale energie moet immers constant blijven vanwege de wet vaqn behoud van energie.
 

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

essentie van het punt waar ik mee zit is het feit dat je een massa in normale aardse toestand met een bepaalde referentie energie ... kunt samenpersen tot het een zwart gat wordt waarvoor je eerst heel veel energie moet leveren 
 
Wat je precies bedoelt is mij niet duidelijk, maar je doet zo te zien een verkeerde veronderstelling.
 
Een aards voorbeeld:
Een oud gebouw stort in, omdat de constructie na jaren verwering niet meer in staat is voldoende weerstand te bieden aan de zwaartekracht. Er wordt tijdens het instorten hoogte-energie (potentiële energie) omgezet in snelheidsenergie (kinetische energie). Die kinetische energie wordt tijdens de onderlinge botsingen en de uiteindelijke botsing met het aardoppervlak omgezet in (voornamelijk) warmte-energie. Er komt geen energie bij, en er gaat niets af, er vindt alleen een omzetting tussen energievormen plaats.
 
Bij een ineenstortende ster gaat het principieel niet veel anders: Omdat de materie onvoldoende weerstand kan bieden aan de enorme zwaartekracht, stort de ster in (materie verliest hoogte en wint snelheid). De potentiële energie wordt tijdens het instorten omgezet in kinetische energie, en op het moment dat de materie op elkaar klapt, wordt de kinetische energie omgezet in een hoeveelheid warmte-energie die gelijk is aan de potentiële energie die de massa op grotere hoogte had.
 
De ster stort dus als gevolg van de eigen gravitatiekrachten in elkaar, en nergens wordt er energie toegevoegd, onttrokken, overgehouden of gemist. De wet van behoud van energie wordt niet geschonden.
 
Mijn conclusie uit voorgaande zou zijn dat het energieniveau van een zwart gat groter moet zijn dan het energieniveau van de massa waaruit het ooit is ontstaan, anders kan het nooit verdampen via Hawking straling omdat via Hawking straling energie aan het zwarte gat wordt onttrokken.
 
Het black hole heeft een bepaalde massa (en daarmee een bepaalde energie-inhoud). Wat het black hole doet volgens de theorie van Hawking, is net zo lang energie (en daarmee massa) uitstralen tot de massa nul groot is, en er dus ook geen energie mee over is.
 
E=mc2 , een micro black hole van een kg zwaar heeft dus een energie-inhoud van 1 kg * (300.000.000 m/s)= 9.1016 Joule. Dit black hole zal energie uitstralen terwijl zijn massa afneemt, en na uitstraling van 9.1016J is de energie op, de massa nul, en het black hole is verdwenen. Er is dus niet meer energie nodig dan die welke vertegenwoordigd wordt door de massa van het black hole.

Berichten: 3.860

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Het resultaat is dus dat je begint met een hoeveelheid massa (de ster) en eindigt met alleen energie , waarbij alle massa is omgezet in energie.
massa kun je dus blijkbaar wel zonder beperkingen omzetten in energie, maar omgekeerd waarschijnlijk niet. (net zoals een ingestort huis waarbij potentiele energie is omgezet in warmte, vanzelf gaat, maar omgekeerd kun je niet meer die warmte volledig omzetten in potentiele energie)

Berichten: 3.860

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

Michel Uphoff schreef: Wat je precies bedoelt is mij niet duidelijk, maar je doet zo te zien een verkeerde veronderstelling.
 
mijn veronderstelling was dat je het geheel als een cyclus zou kunnen beschrijven, dus van massa met aardse afmetingen naar zwart en dan weer terug naar massa, maar dat gaat fout omdat de natuur weigert om de benodigde energie weer om te zetten in massa.
 
 Wat er feitelijk dus gebeurt is dat je begint met massa en eindigt met energie, maar niet meer terug kunt naar de oorspronkelijke massa. Het zwarte gat is dus blijkbaar een tussenstadium met massa+energie en eindigt na afgeven van Hawking straling in geen massa en wel energie. 
 
kan het ook nog zo zijn dat het zwarte gat ergens in dat proces een minimum limiet afmeting passeert en dan ontploft  met achterlating van massa en energie, of blijft er altijd alleen maar energie over?

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 8.166

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

kan het ook nog zo zijn dat het zwarte gat ergens in dat proces een minimum limiet afmeting passeert en dan ontploft  met achterlating van massa en energie
 
Je bent niet de enige die op een soortgelijke gedachte komt.
 
Iedere bewering over wat er zich achter de waarnemingshorizon van een zwart gat afspeelt mag met een fikse korrel zout genomen worden. We kunnen immers niet achter de waarnemingshorizon van een zwart gat kijken, en zoals de wetenschappelijke vlag er nu voor staat, zal dat mogelijk nimmer kunnen. Maar dat neemt natuurlijk niet weg dat er over gespeculeerd wordt, ook door serieuze wetenschappers die hun speculatie redelijk onderbouwen met theoretische kennis.
 
Een van de kernpunten is, dat er in de natuur voorbij die Tolmann-Oppenheimer-Volkoff limiet geen barrière bekend is die voorkomt dat de ineenstorting tot een black hole doorgaat totdat er een singulariteit ontstaat. Een singulariteit is een toestand waarmee onze wis- en natuurkunde geen raad weet. Ondenkbare toestanden als oneindig klein, met oneindig hoge dichtheid en dergelijke ellende.
 
Stel nu eens dat er tóch zo'n onbekende barrière is? Dat vroeg ondermeer de theoretisch fysicus Nikodem Poplawski (klik) zich af. Hij hypothetiseert dat in een variant van de algemene relativiteitstheorie torsie van de ruimtetijd in extreem dichte massa's wel eens die weerstand zou kunnen bieden. Er ontstaat dan geen singulariteit, de torsie van de ruimtetijd (die je zou kunnen verbeelden als een zich steeds strakker opwindende klokveer) voorkomt dit. En als die 'veer' op zijn allerstrakst opgewonden is overwint deze de gravitatie en komt alle energie in een klap vrij. Er ontstaat 'in' het black hole een soort oerknal, een nieuw expanderend heelal. Zo zou ook ons heelal kunnen zijn ontstaan, als het interieur van een zwart gat in een ander universum.
 
Met deze hypothese denkt Poplawski tevens een antwoord te kunnen geven op de vraag wat de bron van donkere materie en donkere energie is. Wat meer over zijn inzichten klik.
 
Poplawski: "Accordingly, our own Universe could be the interior of a black hole existing in another universe."
mijn veronderstelling was dat je het geheel als een cyclus zou kunnen beschrijven,
 
Poplawski's idee zit op dezelfde golflengte. Heeft hij gelijk? Er zijn tientallen andere hypotheses. Deze heeft een zekere schoonheid vind ik, maar dat is slechts een mening. Poplawski stelt wel, en dat kan belangrijk worden, dat er observationele ondersteuning voor zijn hypothese zou kunnen zijn, want het heelal zou dan een rotatievoorkeur geërfd hebben van het zwarte gat waaruit het is ontstaan. Tot op heden is er geen spoor van een eventuele rotatievoorkeur gevonden. Dat bleek ook uit een zeer recent onderzoek: klik.

Berichten: 3.860

Re: samendrukbaarheid van materie tot zwart gat

We moeten het helaas doen met waarnemingen van buiten het zwarte gat om te begrijpen wat er zich binnenin afspeelt. Het feit dat rotatie een extra limiet vormt voor verder instorten en de gravitatie overwonnen wordt zou in mijn ogen 2 dingen kunnen betekenen:
1) Er treedt gewoon een stabiel evenwicht op met als resultaat een steady state situatie (net zoals een massa die vanuit het oneindige naar de on toevalt simpel in een baan om de zon komt) 
2) Er treedt een explosie op
Voor 2 zou er een reden moeten zijn waarom die situatie instabiel wordt. ( bv :de massa valt naar de zon toe en op het moment dat de massa in een baan om de zon komt wordt er massa omgezet in kinetische energie waardoor de planeet wegvliegt)
 
Ik neem aan dat Palowski in in zijn theorie kan laten zien waarom mogelijkheid 2 op kan treden.
 
overigens ik zie nog niet een echt verband tussen rotatie op nano schaal en een waarneembaar overblijvend effect op mega schaal. (Net zoals je voor een massa in het oneindige ook niet kan voorspellen in wat voor baan deze om de zon zal gaan draaien als deze massa zich richting zon beweegt)  
 
in een ander topic: http://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/201017-toestand-binnenin-zwart-gat/
speelde ik met de gedachte dat de tijd mogelijk om kan keren binnenin een zwart gat (gebaseerd op het feit dat de tijd stopt als je van buiten op de waarnemingshorizon terecht komt) Dat zou kunnen leiden tot het effect dat binnenin alles omgekeerd verloopt tov wat je vanaf buiten kunt voorspellen:
 
vanaf van buiten gezien: alle invallende massa gaat naar de singulariteit toe 
binnenin: alle massa wordt afgestoten door de singulariteit en verzamelt zich aan de binnenkant van de waarnemingshorizon. Dat lost dan meteen het probleem op van een singulariteit met oneindige dichtheid.
 
Ik zou wel eens willen weten of deze redenatie ergens conflicteert met de nu bekende theorie. 

Reageer