De kleur van een zwart gat

Zwarte gaten zijn de meest dichte objecten in het universum. Door hun dichtheid vormen ze extreem krachtige zwaartekrachtsvelden. Zwarte gaten absorberen alle omringende materie en energie binnen een bepaalde nabijheid. Om deze reden zenden deze hemellichamen geen licht uit en hebben ze dus ook geen kleur. Astronomen kunnen ze echter detecteren door de eigenschappen van de materialen en de energie eromheen te volgen.

Het elektromagnetische spectrum beschrijft het bereik van golflengten en frequenties van verschillende soorten straling. Röntgenstraling, radiogolven en zichtbaar licht behoren tot de vele soorten straling die in dit spectrum worden aangetroffen. Je ervaart het fenomeen kleur wanneer elektromagnetische straling van bepaalde golflengten je ogen bereikt. Elektromagnetische straling reist sneller dan wat dan ook in het universum. Het reist met bijna 300 miljoen meter per seconde (meer dan 186.000 mijl per seconde). Toch heeft de zwaartekracht invloed op elektromagnetische straling. Zelfs elektromagnetische straling kan niet ontsnappen aan de zwaartekracht van een zwart gat. Daarom kun je eigenlijk niets zien als je naar een zwart gat kijkt. Er komt geen licht, al dan niet zichtbaar, uit het zwarte gat zelf.

De waarnemingshorizon beschrijft het punt waarop de zwaartekracht die door een zwart gat wordt uitgeoefend sterk genoeg is dat niets eraan kan ontsnappen. Omdat de door een object uitgeoefende zwaartekracht verder van het object af afneemt, kan materie in het gebied voorbij de waarnemingshorizon aan de zwaartekracht van een zwart gat ontsnappen. Terwijl objecten binnen de gebeurtenishorizon nooit kunnen worden gezien, kunnen waarnemers objecten buiten de gebeurtenishorizon zien.

Wanneer astronomische lichamen zich van de waarnemer verwijderen, lijken ze rood van kleur. Deze roodverschuiving vindt plaats omdat de snelheid waarmee ze van de waarnemer weg bewegen de golflengte van zichtbaar licht dat door het object wordt uitgestraald, uitrekt. Dit licht wordt verschoven naar het rode uiteinde van het elektromagnetische spectrum, dat wordt gekenmerkt door langere golflengten. Terwijl objecten naar de waarnemingshorizon van een zwart gat bewegen, ervaren ze een oneindige roodverschuiving. Daarom lijken ze roder van kleur voor een waarnemer totdat ze te zwak worden om te zien.

Als materie een zwart gat nadert, beweegt het in een vorm die bekend staat als een accretieschijf. Over het algemeen worden deze schijven gevormd door interacties tussen het eigen momentum van de materie en de zwaartekracht van het zwarte gat. Naarmate de zwaartekracht op de bewegende materie toeneemt, warmt de materie op door de wrijving tussen de samenstellende atomaire deeltjes. Uiteindelijk komt deze energie vrij als elektromagnetische straling - meestal röntgenstraling. Deze röntgenstraling in de buurt van een zwart gat wordt typisch geprojecteerd in polen nabij de waarnemingshorizon loodrecht op de accretieschijf. Daarom kan een röntgentelescoop emissies zien die verband houden met een zwart gat.