16 december 2017

Zijn primordiale zwarte gaten verantwoordelijk voor de productie van elementen zwaarder dan ijzer?

Astronomen zeggen graag dat mensen bijproducten zijn van sterren – de atomen waaruit onze lichamen zijn opgebouwd, zijn allemaal ooit gesmeed in het nucleaire vuur van overleden sterren. Carl Sagan heeft het ooit mooi gezegd: “Het stikstof in ons DNA, het calcium in onze tanden, het ijzer in ons bloed is allemaal gemaakt in het inwendige van imploderende sterren. We zijn gemaakt van sterrenstof”.

Maar hoe zit het met zwaardere elementen, zoals goud, platina en uranium? Astronomen vermoeden dat deze “r-proces elementen” (elementen zwaarder dan ijzer) gecreëerd zijn tijdens het ineenstorten van supermassieve sterren en de daarop volgende supernovae.

Nu is uit onderzoek gebleken dat deze elementen vermoedelijk ontstaan zijn in een neutronenrijke omgeving. Aan de hand hiervan hebben de betrokken onderzoekers een alternatieve manier bedacht waarop zware elementen kunnen zijn ontstaan – bij het opslokken van neutronensterren door mini-zwarte gaten!

Neutronensterren zijn de meest dichte objecten die we kennen – één theelepel materiaal weegt maar liefst drie miljard ton! Mini-zwarte gaten zijn meer speculatief, maar veel astronomen vermoeden dat ze het bijproduct kunnen zijn van de oerknal en momenteel onderdeel vormen van de mysterieuze donkere materie.

Sommige van deze “primordiale zwarte gaten” kunnen een neutronenster binnendringen en deze van binnenuit opeten. In de laatste milliseconden van het leven van de neutronenster wordt voldoende neutronenrijk materiaal uitgestoten om de waargenomen verhouding van zware elementen in het heelal te verklaren. Naarmate de neutronensterren verorberd worden, zullen ze steeds sneller gaan ronddraaien. Hierbij zal neutronium (neutronenster-materie) uitgestoten worden, dat vervolgens zal decompresseren en verhitten – het eindresultaat is dan de productie van zware elementen.

Deze alternatieve manier om zware elementen te maken zou een verklaring kunnen vormen voor een aantal onopgeloste vraagstukken binnen de sterrenkunde. Zo zijn neutronensterren zeldzaam in de centra van sterrenstelsels, terwijl de dichtheid zwarte gaten hier juist het hoogst is. De systematische vernietiging van neutronensterren door zwarte gaten zou een mooie verklaring kunnen vormen.

Ook zal het van binnenuit opeten van neutronensterren door mini-zwarte gaten nog drie fenomenen kunnen verklaren, zoals karakteristieke flitsen van infrarood licht (zogenaamde kilonova’s), snelle radioflitsen uit het verre universum én de detectie van positronen in het centrum van de Melkweg.

Het volledige vak-artikel over de theorie kan hier ingezien worden.

Bron: University of California (San Diego)

Laat wat van je horen

*