Experimenten met zwarte gaten voor kinderen

Een zwart gat is een onzichtbare entiteit in de ruimte met een zwaartekracht die zo sterk is dat licht niet kan ontsnappen. Zwarte gaten zijn voorheen "gewone" sterrensterren die zijn opgebrand of samengedrukt. De aantrekkingskracht is sterk vanwege de kleine ruimte waarin alle massa van de ster is gaan innemen. ze kunnen in grootte variëren van één atoom tot de grootte van meer dan 4 miljoen van de eigen zonnen van de aarde.

Een wetenschappelijk project met een zwart gat is een geweldige manier voor studenten om vertrouwd te raken met een fascinerend en veelgeprezen (zij het slecht begrepen) fysiek fenomeen. Als zodanig is het ook een geweldige manier voor kinderen om te leren hoe ze dingen aan hun leeftijdsgenoten kunnen uitleggen; onderwijs is tenslotte doen.

De zwaartekracht van een zwart gat is afhankelijk van de massa en de afstand tot het object. Zwarte gaten hebben sterke zwaartekrachtsvelden; objecten moeten zich echter binnen honderden kilometers bevinden om te worden beïnvloed. Het magnetische marmer vertegenwoordigt een stuk ruimtematerie dat in een baan om het zwarte gat zal draaien als het te dichtbij komt.

• Koop twee schuimkartonplaten of zwarte uithangborden (11 inch bij 17 inch is een goede maat), een sterke cilindrische magneet, een magnetische knikker en een dienblad of handdoek.
• Snijd vier tot zes gaten in het bord van dezelfde grootte als de cilindrische magneet.
• Plaats de magneet in een van de gaten en plak een stuk tape over het gat om het vast te zetten.
• Bedek de foamboard met het tweede stuk karton zodat het oppervlak er uniform uitziet.
• Plaats het dienblad of de handdoek onder het bord om het marmer te bevatten.

Rol de knikker over het foamboard. Wanneer het de verborgen magneet of het zwarte gat nadert, verandert zijn pad. De magneet vertegenwoordigt de aantrekkingskracht van de zwaartekracht, maar let op: zwaartekracht is een veel zwakkere kracht dan magnetische aantrekkingskracht en wordt alleen waarneembaar met objecten ter grootte van een planeet of grotere. Afhankelijk van hoe dicht de knikker bij de verborgen magneet komt, zul je verschillende resultaten opmerken.

Sterren vechten voortdurend tegen de effecten van fusie, druk en zwaartekracht. Grote hoeveelheden massa stellen een ster in staat een lichaam in een punt in te storten. Zwaartekracht zal uiteindelijk de ster overweldigen en de eindtoestand van de instorting van een ster wordt bepaald door de oorspronkelijke massa van de ster.

Dit natuurkundig project over zwarte gaten onderzoekt de eindtoestand van een ster. Verzamel verschillende ballonnen, drie, 12-inch tot 14-inch vellen aluminiumfolie per ballon, een scherp voorwerp en oordopjes of oorkappen.

• Blaas de ballonnen op en knoop de uiteinden vast. Bedek de ballonnen met minimaal twee lagen aluminiumfolie. Deze ballonnen stellen sterren voor.
• Duw met je handen op het oppervlak van de bedekte ballonnen. De sterren zullen niet instorten omdat de uiterlijke kracht die wordt gegenereerd door fusie in de ster de zwaartekracht naar binnen in evenwicht houdt.
• Wanneer een echte ster geen kernbrandstof meer heeft, kan hij instorten. Doe gehoorbescherming op en laat de ballonnen knallen om de luchtdruk binnenin te verwijderen. Zorg ervoor dat de folie zijn vorm behoudt. De ster heeft geen brandstof meer in zijn kern en fusie genereert niet langer genoeg warmte en druk om instorting te voorkomen.
• Klap de ballonster in met je handen. De "zwaartekracht" vertegenwoordigd door je handen doet de ster instorten en creëert een zwart gat.

Hoe weten wetenschappers zelfs dat er gaten in de achterkant zitten, aangezien ze onzichtbaar zijn? Natuurlijk zijn ze groot en vertonen ze sterke zwaartekrachtsvelden, maar ze zijn ver weg.

Wetenschappers zijn in staat om de effecten van de sterke zwaartekracht van een zwart gat op naburige sterren en gassen te detecteren. Als een ster rond een specifieke locus draait, kunnen wetenschappers de kinetische eigenschappen van die ster onderzoeken om erachter te komen of een zwart gat zich in het midden van de baan zou kunnen bevinden.

Wanneer een zwart gat en een ster dicht bij elkaar draaien, wordt hoogenergetisch licht geproduceerd. Wetenschappelijke instrumenten kunnen dit hoogenergetische licht zien.