11 juli 2020

‘Donkere ineenstorting’ van botsende sterrenstelsels kan superzware zwarte gaten opleveren

Botsende spiraalsterrenstelsels. Credit: NASA/Hubble Heritage Team/STScI.

Sterrenkundigen breken zich er al jaren het hoofd over: hoe kan het toch dat er al in het vroege heelal superzware zwarte gaten voorkwamen? Dat je ze vandaag de dag in de centra van sterrenstelsels aantreft wordt als gewoon beschouwd en hun aanwezigheid en omvang kan met modellen ook goed verklaard worden – accretie door aanvoer van materie vanuit de omgeving en botsing met andere superzware zwarte gaten. Maar hoe kan het dat ze al zo vroeg in het heelal voorkwamen, zoals we onlangs nog zagen bij quasar J043947.08+163415.7, wiens centrale zwarte gaten honderden miljoenen keren de massa van de zon heeft – ‘ons’ superzware zwarte gat in het centrum van het melkwegstelsel Sgr A* is ruim 4 miljoen keer zo zwaar – en die was er al slechts één miljard jaar na de oerknal. Afgelopen jaren zijn er vele modellen opgesteld die de vorming van superzware zwarte gaten proberen te verklaren, zoals het model dat zegt dat het begon met de allereerste sterren in het heelal, die gigantisch zwaar waren, 100 tot 1000 zonsmassa’s. Toen die sterren supernovae werden en hun kern implodeerde tot zwart gat en die zwarte gaten vervolgens botsten en samensmolten kreeg je hele zware zwarte gaten. Maar categorie superzware zwarte gaten krijg je met dat model niet. Een ander model zegt dat zwarte gaten in het vroege heelal snel kunnen groeien door een snelle ineenstorting van enorme wolken van watestofgas. Dit model is afgelopen jaren erg populair geworden en het kan zwarte gaten van 1 miljoen tot in extreme gevallen 1 miljard zonsmassa verklaren.

Voorstelling van de quasar ULAS J1120+0641, waar zich een zwart gat van twee miljard zonsmassa bevindt. Credit: ESO/M. Kornmesser

Maar met zéér vroege quasars en hun superzware zwarte gaten, zoals ‘t geval J1342 + 0928, wiens zwarte gat 800 miljoen keer de zonsmassa heeft en die al 800 miljoen jaar (z=7,54) na de oerknal voorkwam, heeft dat ‘direct collapse’ model nog wel moeite. Vandaar dat onlangs twee sterrenkundigen – Lucio Mayer & Silvia Bonoli – met een nieuw model zijn gekomen, waarin ze betogen dat het botsende en samensmeltende sterrenstelsels in het vroege heelal zijn, die zeer veel gas bevatten, die zorgen voor het ontstaan van superzware zwarte gaten. Uit simulaties van hun model blijkt dat al bij roodverschuiving z=10 op deze wijze superzware zwarte gaten kunnen ontstaan (zie de afbeelding hieronder).

Credit: Mayer & Bonoli.

In minder dan 100.000 jaar kunnen de grote afgeplatte gaswolken in de botsende sterrenstelsels, die een massa hebben van ongeveer een miljard zonsmassa, krimpen tot superzware (proto-)sterren. Die kunnen dan vervolgens weer ineenstorten tot superzware zwarte gaten. Mayer en Bonoli spreken van ‘donkere ineenstorting’ (Engels: dark collapse) omdat het enige wat bij zo’n ineenstorting vrijkomt zwaartekrachtgolven zijn en geen elektromagnetische straling, zoals ook al waargenomen door LIGO bij alle botsingen van zwarte gaten. Met toekomstige detectoren van zwaartekrachtgolven, zoals de Europese Laser Interferometer Space Antenna (LISA), zal het volgens het tweetal onderzoekers mogelijk moeten zijn die donkere ineenstorting van botsende sterrenstelsels te traceren door hun zwaartekrachtgolven. Hier hun vakartikel hierover. Bron: Mapping Ignorance.

Comments

  1. Er wordt niet bij vermeldt waarom die mergers ontstaan uit sterrenstelsels die allen in principe van een centraal punt (BB) af bewegen volgens de bekende opblaasballon analogie en dan vervolgens toch alle kanten op moeten vliegen om met hun maatjes in botsing te komen. Het moet dus een complete chaos zijn geweest tijdens de inflatie om al die random bewegingsrichtingen te verklaren die men hier nodig heeft.

  2. Er zijn eigenlijk twee dingen gaande. Aan de ene kant heb je de expansie van het heelal (‘Hubble flow’), waardoor de sterrenstelsels allemaal steeds verder van elkaar raken. Aan de andere kant heb je de zwaartekracht van sterrenstelsels, die op elkaar reageren. Lokaal kan die zwaartekracht sterker zijn dan de expansie van het heelal en dan zijn mergers van sterrenstelsels mogelijk.

    • Maar die sterrenstelsels zijn allemaal ontstaan door condensatie van alom aanwezig ruimtestof dat ook volgens de Hubble flow expandeerde in alle richtingen vanuit het centrale punt. Die gravitatie is er dus altijd al geweest maar concentreerde zich naarmate de dichtheid van die proto-stelsels toenam. Ik zie niet waarom volwassen stelsels dan plotseling haaks vanuit alle ´windrichtingen´op elkaar in crashen, de richtingscoëfficiënt veranderd niet zomaar met zo´n expansie snelheid, ik mis iets dat alles chaotisch maakt…..

  3. En na het ontstaan van die extreme super zware zwarte gaten in het vroege heelal is de volgende vraag… waar zijn ze gebleven? Is al die massa dan toch ontsnapt naarmate ze ouder werden via hun straalstromen? In dat geval moet het latere heelal na Z= 7,54 toch vol zitten met nog aantoonbare …. Herbig Haro… oeps Leo Vuyk restanten?

Laat een reactie achter op Nico Reactie annuleren

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: