Zwarte gaten die een miljard keer de massa van de zon of meer vormen, vormen het hart van vele sterrenstelsels en sturen hun evolutie. Hoewel het tegenwoordig gebruikelijk is, heeft het bewijs van superzware zwarte gaten sinds de kindertijd van het heelal, een miljard jaar na de oerknal, astronomen jarenlang in verwarring gebracht.
Hoe konden deze reuzen zo groot zijn geworden in de relatief korte tijd die ze moesten vormen? Een nieuwe studie onder leiding van Tal Alexander van het Weizmann Institute of Science en Priyamvada Natarajn van de Yale University kan uitkomst bieden.
Zwarte gaten worden vaak aangezien voor monsterlijke wezens die enorm veel stof en gas opzuigen. Maar dit kan niet verder van de waarheid zijn (in feite doen de woorden "zuigen" en "zwart gat" in dezelfde zin me ineenkrimpen). Hoewel ze doorgaans heldere accretieschijven verzamelen - wervelende schijven van gas en stof die ze zichtbaar maken in het waarneembare heelal - beperken deze schijven in feite de groeisnelheid.
Ten eerste, aangezien de materie in een accretieschijf dicht bij het zwarte gat komt, ontstaan er files die elk ander instortend materiaal vertragen. Ten tweede, als materie in deze files botst, warmt het op en genereert het energiestraling die gas en stof uit het zwarte gat drijft.
Een ster of een gasstroom kan zich in een stabiele baan rond het zwarte gat bevinden, net zoals een planeet om een ster draait. Het is dus een hele uitdaging voor astronomen om manieren te bedenken waardoor een zwart gat tot superzware proporties zou groeien.
Gelukkig hebben Alexander en Natarajan misschien een manier gevonden om dit te doen: door het zwarte gat in een cluster van duizenden sterren te plaatsen, kunnen ze werken zonder de beperkingen van een accretieschijf.
Over het algemeen wordt aangenomen dat zwarte gaten ontstaan wanneer massieve sterren, die tientallen zonsmassa's wegen, exploderen nadat hun splijtstof is verbruikt. Zonder dat de kern in zijn kern tegen de zwaartekracht in stuwt, stort de ster in. Terwijl de binnenste lagen naar binnen vallen om een zwart gat van slechts ongeveer 10 zonsmassa's te vormen, vallen de buitenste lagen sneller, raken de binnenste lagen en kaatsen terug in een enorme supernova-explosie. Dat is tenminste de eenvoudige versie.
Het team begon met een model van een zwart gat, gemaakt op basis van deze stellaire explosie, ingebed in een cluster van duizenden sterren. Een continue stroom van dicht, koud, ondoorzichtig gas viel in het zwarte gat. Maar hier is de truc: de zwaartekracht van veel nabije sterren zorgde ervoor dat het willekeurig zigzagde, waardoor het geen accretieschijf vormde.
Zonder een accretieschijf kan materie niet alleen van alle kanten in het zwarte gat vallen, maar wordt het ook niet vertraagd in de accretieschijf zelf.
Al met al suggereert het model dat een zwart gat dat 10 keer de massa van de zon is, tot een miljard jaar na de oerknal tot meer dan 10 miljard keer de massa van de zon kan groeien.
De paper is op 7 augustus gepubliceerd in Science en is online beschikbaar.
