Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...

ster ontstaat. Het directe bewijs voor het verband
tussen zware sterren en gammaflitsen werd op 25
april 1998 gevonden: toen verscheen een gammaflits
op een plek waar tegelijkertijd een bijzondere
supernova plaatsvond (fig. 1). Inmiddels is dit laatste
nog een aantal keren waargenomen. Met name de
supernova en gammaflits van 29 maart 2003 hebben
ons ervan overtuigd dat gammaflitsen van ontploffende
zware sterren afkomstig zijn. Bij zo’n ontploffing
wordt materiaal met bijna de lichtsnelheid
de ruimte in geslingerd. Hoewel het om heel weinig
materie gaat – ongeveer een aardmassa – vertegenwoordigt
deze een enorme hoeveelheid energie (zie
Einstein, zwarte gaten en snelle materie
Einstein’s beroemde formule E=mc2 zegt dat
elke massa (m in de formule) een bepaalde
massa-energie (E in de formule) heeft. Omdat c,
de lichtsnelheid, heel groot is (300.000 km/s), zit
in een heel klein beetje massa al heel veel energie.
Als we bijvoorbeeld één gram water in zuivere
energie zouden kunnen omzetten, krijgen
we 100 biljoen joule aan energie, ofwel evenveel
als alle Nederlanders bij elkaar in één dag uit
hun eten halen (ongeveer 2500 kcal ofwel ongeveer
10 miljoen joule per persoon per dag). Dit
is genoeg om de Amercentrale een kleine week
lang draaiende te houden. Kernfusie werkt ook
zo: vier waterstofatomen komen samen tot één
heliumatoom, dat iets lichter is. De ongeveer
één procent ‘verloren massa’ is zuivere energie
geworden. Omdat water ongeveer tien procent
waterstof bevat en daaruit weer ongeveer één
procent fusie-energie te halen is, hebben we dus
in werkelijkheid één kilogram water nodig voor
een weekje Amercentrale (als we kernfusie leren
beheersen!).
De enige manier om nóg meer energie uit
materie te halen dan met kernfusie is door materie
op een hemellichaam te laten vallen dat een
heel sterke zwaartekracht heeft, bijvoorbeeld
een zwart gat. Daarbij kan uit een hoeveelheid
Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89
Gammaflitsen: extreem nieuws uit de oertijd
kader). Wanneer die weggeschoten materie in botsing
komt met het gas dat normaal tussen de sterren
aanwezig is, krijgt dat gas een enorme klap en wordt
het gloeiend heet. Dit hete materiaal is de bron van
de gammastraling die we zien. De klap duwt het
gas ook weg en daardoor botst het weer met meer
gas. Dit remt de beweging naar buiten af (denk aan
sneeuwschuiven: hoe meer je hebt opgeveegd, des
te moeilijker kom je vooruit). De botsing met elk volgend
beetje gas wordt dus minder hevig, waardoor
de nagloeier steeds koeler en zwakker wordt en zijn
straling bij steeds langere golflengten uitzendt.
Voor een goed begrip zij nog het volgende opge-
massa wel bijna de helft van Einstein’s E=mc2
aan energie vrijkomen, bijvoorbeeld als gammaof
röntgenstraling (natuurlijk alleen zolang het
materiaal nog net niet in het zwarte gat zit, want
uit het zwarte gat kan niets meer ontsnappen).
Volgens Einstein’s relativiteitstheorie is het
verder zo dat materie niet sneller kan bewegen
dan de lichtsnelheid en dat de energie van de
massa heel groot wordt als we de lichtsnelheid
naderen. Het lijkt niet zo moeilijk om een deeltje
te versnellen van 0,99 keer de lichtsnelheid
tot 0,9999 keer de lichtsnelheid, maar dat kost
enorm veel energie. Om dit duidelijker te laten
zien, gebruiken we dichtbij de lichtsnelheid een
andere manier om de snelheid aan te geven: de
Lorentz-factor, genoemd naar de Nederlandse
natuurkundige Hendrik Antoon Lorentz, die met
de Griekse letter gamma (γ) wordt aangegeven.
In formulevorm is γ gelijk aan 1/√(1-v2 /c2 ).
Voor de eerder genoemde snelheid van 0,99c
vinden we dan dat gamma gelijk is aan iets meer
dan 7. Bij een snelheid van 0,9999c – slechts één
procent sneller – is dat al ruim 70. Omdat de
totale energie van een massa die met Lorentzfactor
gamma beweegt evenredig is met gamma
(E=γmc2 ), betekent dit dat de kleine snelheidstoename
tien keer zo veel energie vergt.
37