Algemene relativiteit zegt niet alleen dat zwarte gaten kunnen bestaan, maar voorspelt in feite ook dat ze gevormd zullen worden in de ruimte wanneer een groot genoege hoeveelheid massa bij elkaar getrokken wordt, in een proces dat gravitationele instorting wordt genoemd. Als men bijvoorbeeld de zon zou samen duwen totdat ze een doorsnede heeft van 6 kilometer (een viermiljoenste van haar huidige grootte), zou ze een zwart gat worden.
Op dezelfde manier maakt men van de Aarde een zwart gat, als haar doorsnede 1 cm zou bedragen (tegenover 12 000 000cm nu). Let op: de hoeveelheid massa moet wel hetzelfde blijven! Als de massa in een afgesloten stuk ruimte verhoogt, verhoogt de sterkte van de zwaartekracht van dat gebied (in relativistische termen: de ruimte erond word steeds meer vervormd). Als de ontsnappingssnelheid van dat object de snelheid van het licht bereikt (bijna 300 000 km/sec), wordt er een zgn ‘waarnemingshorizon’ gecreëerd, waarachter materie onvermijdelijk op een enkel punt neerstort, dat men de ‘singulariteit’ noemt.
Een zwart gat wordt gevormd als een ster met een massa die meer dan 3 keer die van de zon bedraagt, in elkaar stort na het einde van haar evolutie (als ze een neutronen ster geworden is), tot een grootte die geschikt is voor gravitationele instorting. Deze instorting gebeurt bijvoorbeeld nadat een ster als supernova aan haar einde is gekomen (het meest bekende voorbeeld). Van zodra het proces begonnen is, kan de instorting door geen enkele natuurkundige kracht gestopt worden, en wordt er een zwart gat gevormd.
Bij deze instorting zal er een grote hoeveelheid energie vrijkomen, onder de vorm van gammastraling. Hierover kunt u meer lezen op deze site, in deze artikelen.
Instorting van sterren zal zwarte gaten creëren met een massa van ten minste drie zonnemassa’s. Zwarte gaten met een kleinere massa kunnen alleen maar gecreëerd zijn door een druk van buitenaf. Men denkt dat de enorme druk die hiervoor nodig is, bestaan heeft in de eerste paar stadia van het universum, en dat die druk mogelijk zwarte gaten creëerde die een massa hadden die kleiner was dan die van de zon.
Supermasieve zwarte gaten die miljoenen tot biljoenen zonsmassa’s in zich hebben, zouden ook gevormd kunnen worden waneer een groot aantal sterren zich in een relatief klein gebied bevinden, of doordat er grote hoeveelheden massa in een klein zwart gat vallen , of bij herhaalde samensmelting van kleine zwarte gaten. De benodigde omstandigheden hiervoor zouden volgens sommigen bestaan in de centra van de meeste melkwegstelsels, ook in het onze.
Observatie
In theorie kan geen enkel voorwerp dat voorbij de waarnemingshorizon van een zwart gat is gekomen, eruit ontsnappen. Hierdoor kunnen zwarte gaten ook geen licht of andere bewijzen van hun bestaan uitzenden. Op die manier is de enige manier waarop we zwarte gaten kunnen ontdekken, een indirecte: bijvoorbeeld mbv zwaartekrachtlenzen, of sterren die in een baan lijken te zitten rond een stuk ruimte waar geen materie te zien is.
Het meest duidelijke effect lijkt tot nu toe het vallen van materie in een zwart gat te zijn, dat (zoals het water wat wegloopt in een gootsteen) voorspeld is zich te gedragen als een enorm hete en snel ronddraaiende acretieschijf rond het object. Wrijving tussen verschillende delen van deze schijf veroorzaakt de enorme hitte en verzend grote hoeveelheden röntgenstraling. Deze verhitting is extreem efficiënt en zorgt ervoor dat 50% van de massa van een object omgezet wordt naar energie. Andere voorspelde effecten zijn twee nauwe ‘jets’ aan weerszijde van het gat, bestaande uit deeltjes die weggeschoten worden met enorme snelheden.
Jets en acretieschijven worden echter ook gevonden bij neutronen sterren, en niet alleen bij zwarte gaten. Het gedrag van deze verschijnselen is ook voor het overgrote deel gelijkaardig. De waarneming van een jet of een acretieschijf wijst dus op een grote massaconcentratie in een klein gebied, maar zegt niets over het soort.
Een belangrijk verschil tussen zwarte gaten en andere compacte massieve objecten is dat bij de laatste invallende materie op ten duur met relativistische snelheiden op het oppervlak zal neerstorten, zodat er röntgen en andere sterke stralingsvormen te zien zijn. Op die manier is het ontbreken van die straling onze maatstaf om een object als zwart gat aan te duiden.
