Het Relativistische Heelal prof.dr. Paul Groot Afdeling Sterrenkunde, IMAPP Radboud Universiteit Nijmegen

Relativistisch Heelal Uur 1: Relativiteitstheorie en Zwarte Gaten Uur 2: Relativistische Jets & Sneller dan licht

Speciale Relativiteitstheorie De snelheid van het licht is absoluut De snelheid van het licht is de hoogst bereikbare snelheid.

Vroege ontwikkelingen Michelson-Morley interferometer voor aantonen bestaan ether

Lorentz correctie Lorentz-contractie Lorentz-factor Hendrik Lorentz ( )

Lorentz correctie Lorentz-correctie centraal in de speciale relativiteitstheorie van Einstein Geen absoluut referentieframe Waarnemingen zijn afhankelijk van waarnemer

Speciaal relativistische correcties Tijd dilatatie: Relativistische massa:

Speciaal relativistische correcties Relativistische energie p = impuls. Als impuls p=0:

Algemene relativiteitstheorie Behandelt massa’s en versnellingen Geen verschil tussen versnelde massa en gravitationele massa F = m g a F = m i a

Massas krommen ruimte

Banen bepaald door GR

Precessie van Mercurius Volgens Newton: 5557” per eeuw Gemeten: 5600” per eeuw Algemene relativiteitstheorie: 5600” per eeuw: exact de gemeten waarde

Ontsnappings-snelheid Massa-straal verhouding bepaalt kromming van de ruimte

Ontsnappings-snelheid Ontsnappings-snelheid: V esc (Aarde) = 11 km/s V esc (Zon) = 600 km/s V esc (Neutronenster) = km/s = ½ c !

Ontsnappings-snelheid

Zwart gat Relatie ontsnappingssnelheid geldt ook in ART Wat gebeurt er als v esc > c ? Informatiebarriere V esc = c : R s = Schwarzschild straal

Zwart Gat

Informatiebarriere Niets kan sneller dan het licht, ook informatie niet Zwarte gat Horizon p +,e -,mens foton Normale ruimte

Misvattingen over zwarte gaten Een zwart gat ‘slokt’ niets op. Als R>3R s : geen verschil met andere massa BH

Zwarte gaten zijn geen‘gaten’ Gedrag van materie binnen de Schwarzschildstraal (de ‘horizon’) is onbekend. We weten niet wat de toestand der materie is.

Zwarte gaten van alle massa’s Zwarte gaten kunnen met alle massa’s bestaan. Bekende zwarte gaten 3 < M zon < 10 9 Maar hoe zie je een zwart gat?

Zwarte gaten detecteren Een zwart gat zie je niet direct, alleen indirect: Aanwezigheid in dubbelster systeem Accretie van gas en materie Zwaartekrachtlens-werking Zwaartekrachtsgolven

Dubbelsterren Meerderheid van alle sterren in een dubbelster systeem

Massa-bepaling in sterren

Roche-lobe volume

Sterren zwellen op tijdens evolutie

Evolutie van zware sterren

Massa-overdracht

Accretie-schijven

Binnenste van accretieschijf Door wrijving en vrijkomende potentiele energie: T > 1 MK => röntgen straling!

Zwart gat dubbelsterren Hoge-massa Röntgen dubbelsterren.

Zwart gat dubbelsterren Lage-massa Röntgen dubbelsterren.

Straalstromen Straalstromen (Jets) en zwarte gaten gaan vaak samen Jet

Straalstromen M87: Elliptisch sterrenstelsel

M87

Zwart gat in NGC 4261

Jet lanceert nabij zwart gat

Radio-sterrenstelsels 500 kpc Cygnus A

En in Dubbelsterren GRO J

Relativistische beaming Vaak maar 1 jet zichtbaar. Waar is tweede? Relativistisch effect: het licht wordt voorwaarts gebundeld: beaming Wij: α L

Sneller dan het licht? Soms zien we expansie snelheid v>c !! Wij Materie: v > c? Dit is echter een schijneffect, veroorzaakt doordat onze gezichtslijn bijna recht de jet in is.

Sneller dan het licht? Wij Tijdstip 1 Tijdstip 2 Δt werkelijk Δt gemeten Δx gemeten

Zwart gat ook echt zwart? Komt er werkelijk helemaal niets uit een zwart gat? Nee, zelfs een zwart gat straalt: Hawking straling. e p Δ

Hawking straling In vacuum continu virtuele deeltjes: tijd virtueel reeel virtueel e-e- e+e+ Gevolg van de quantum mechanica: ook virtuele deeltjes kunnen af en toe bestaan, en dan meteen weer annihileren.

Hawking straling Maar als dit nou op de Schwarzschild straal gebeurt? plaats virtueel reeel e-e- e+e+ Deeltjes kunnen niet meer recombineren en annihileren. Ze moeten nu verder als reeele deeltjes. Aangezien energie van ontsnappende deeltje positief is, Moet energie deeltje in zwart gat negatief zijn. M.a.w: Energie (=massa) van zwarte gat neemt af! R sch

Lichtkracht van een zwart gat van 1 M zon : L = W Verdampingstijd voor 1 M zon : jaar! Hawking straling Energie (=massa) van zwarte gat neemt af! Spectrum hiervan is precies dat van een zwarte straler, Die we konden identificeren met een temperatuur T. T BH,1M zon = 60 nK