Astronomen geloven nu dat er in het centrum van bijna elk sterrenstelsel in het heelal een superzwaar zwart gat is. In tegenstelling tot zwarte gaten met een stellaire massa, hebben de superzware versies zich mogelijk anders gevormd, van een gaswolk rechtstreeks naar een zwart gat - waarbij de stertrap volledig werd overgeslagen.
Sinds hun ontdekking weten astronomen nog steeds niet echt hoe superzware zwarte gaten zijn ontstaan. Maar daar zijn ze dan, in de meeste sterrenstelsels. Quasar-waarnemingen tonen zelfs aan dat superzware zwarte gaten aanwezig waren in het vroege heelal. Quasars zijn enkele van de helderste objecten in het heelal, die opvlammen door de straling die wordt uitgezonden door superzware zwarte gaten die actief materiaal verbruiken.
Een mogelijkheid is dat deze monsters een bescheiden begin hadden, begonnen als een massieve ster, supernova werden en vervolgens een zwart gat werden. Het is een proces dat astronomen redelijk goed begrijpen. Het probleem met deze theorie is dat deze vroege superzware zwarte gaten vanaf het begin constant moeten zijn gegroeid, met de maximale snelheid die door de natuurkunde wordt voorspeld. En zoals we vandaag zien, gaan sterrenstelsels door actieve en rustige stadia, afhankelijk van wanneer hun zwarte gat materiaal verbruikt.
Maar een tweede mogelijkheid is dat deze zwarte gaten zich direct vormden en zoveel materiaal bij elkaar trokken dat ze het stellaire stadium volledig omzeilden.
Dr. Mitchell C. Begelman, een professor aan de afdeling Astrofysische en Planetaire Wetenschappen aan de Universiteit van Colorado, Boulder publiceerde onlangs een paper getiteld Vormden superzware zwarte gaten door directe ineenstorting? Dit artikel schetst deze alternatieve theorie van de vorming van zwarte gaten in het vroege heelal.
Na de oerknal koelde het heelal voldoende af om de eerste sterren te vormen uit het oorspronkelijke waterstof en helium. Dit was puur materiaal, niet vervuild door eerdere generaties sterren. Astronomen hebben berekend dat deze eerste sterren, Populatie III genaamd, een maximale snelheid zouden hebben waarmee ze materiaal zouden kunnen verzamelen om een ster te vormen.
Maar wat als er veel meer gas zou zijn? Ver voorbij de grenzen die een ster zouden kunnen vormen.
Bij een gewone ster komt materiaal relatief langzaam binnen, waardoor een centrale massa ontstaat. Met voldoende massa ontsteekt de ster, en dit creëert een buitenwaartse druk die verhindert dat verder materiaal te strak verdicht.
Maar Dr. Begelman heeft berekend dat als de infallratio hoger is dan slechts een paar tienden van een zonnemassa per jaar, de stellaire kern zo stevig gebonden zou zijn dat de energievrijmaking van kernfusie niet voldoende zou zijn om te voorkomen dat de kern doorgaat met contract. Je zou nooit een ster hebben, je zou gewoon van een wolk van waterstof naar een strak gebonden centrale massa gaan. En dan een zwart gat.
De vraag is, zou het mogelijk zijn om materiaal zo snel bij elkaar te krijgen? Het kan, als iets het duwt ... zoals donkere materie. Volgens Dr. Begelman kunnen er verschillende situaties zijn waarin een externe kracht, zoals de zwaartekracht van een grote halo van donkere materie die zou kunnen werken om gas naar een centraal gebied te dwingen. Er is zelfs berekend dat materiaal zo snel in een zwart gat valt, want dat is de snelheid die nodig is om quasars aan te drijven. Maar de vraag is of dit werkt als het zwarte gat er niet is, of echt klein.
Zodra er een paar zonnemassa's van geaccumuleerd gas zijn, begint de kern te krimpen onder de aantrekkingskracht van de toenemende massa. Het object maakt een korte periode van kernfusie door wanneer het 100 zonsmassa's bereikt, maar het gaat zo snel door deze fase dat het geen kans krijgt om weer uit te breiden.
Uiteindelijk bereikt het object enkele duizenden zonsmassa's en is de temperatuur gestegen tot enkele honderden miljoenen graden. Op dit punt neemt de zwaartekracht het uiteindelijk over, waardoor de kern instort en het object verandert in een zwart gat van 10-20 zonsmassa dat vervolgens alle massa eromheen begint te verbruiken.
Vanaf dit punt is het zwarte gat in staat om efficiënt verder materiaal aan te trekken, groeiend op de maximale niveaus die door de natuurkunde worden voorspeld en uiteindelijk miljoenen keren de massa van de zon te verzamelen. Als er te veel materiaal in valt, kan het superzware zwarte gat van de baby zich gedragen als een mini-quasar - Dr. Begelman heeft dit een "quasistar" genoemd - met stralende straling als invallend materiaal dat zich in de omgeving van het zwarte gat bevindt.
En er is het goede nieuws: deze quasistars zijn mogelijk detecteerbaar door krachtige telescopen. Ze zouden echter een zeer korte levensduur hebben en slechts 100.000 jaar duren. Ze zijn mogelijk marginaal detecteerbaar door de aankomende James Webb Space Telescope.
Oorspronkelijke bron: Arxiv-papier
