Nucleaire sterrenhopen vormen mogelijk de geboorteplaats van zware stellaire zwarte gaten

Van de elf zwaartekrachtgolven die met de LIGO en Virgo detectoren tijdens de eerste en tweede waarneemperiode (O1 en O2) werden waargenomen waren er tien die ontstonden door de botsing van zware stellaire zwarte gaten, dat zijn zwarte gaten die ontstaan doordat zware sterren aan het einde van hun leven als supernova exploderen en hun kern implodeert tot zwart gat. Theoretische modellen laten zien dat sterren zwarte gaten kunnen produceren tot maximaal 45 zonsmassa. Heb je zwaardere zwarte gaten, dan zijn die vaak het resultaat van botsingen van kleinere zwarte gaten. De vraag is nu waar je die zware stellaire zwarte gaten van boven de pakweg 50 zonsmassa kunt vinden, die dus het resultaat van botsingen zijn, wat zijn hún geboorteplaatsen? Sterrenkundigen van de Universiteit van Birmingham hebben daar onderzoek naar gedaan en het blijkt dat met name dichte sterrenhopen een kraamkamer voor zware stellaire zwarte gaten kunnen zijn.

Sleutel tot succesvolle geboorteplaatsen is de ontsnappingssnelheid van de sterrenhopen. Als die te laag is dan kunnen bij botsingen van kleinere zwarte gaten zogeheten ‘recoils’ plaatsvinden, waarbij één van de gebotste zwarte gaten of zelfs allebei uit de sterrenhoop vliegen. Bolvormige sterrenhopen hebben dan wel heel veel sterren op één dichte hoop, maar hun ontsnappingssnelheid is laag, zodat ze de wegvliegende zwarte gaten niet kunnen tegenhouden. Men denkt daarom dat bolhopen, zoals ze ook wel worden genoemd, géén geboorteplaatsen van zware stellaire zwarte gaten zijn. De zogeheten ‘nucleaire sterrenhopen’ daarentegen wel, die vormen perfecte kraamkamers. Ze worden zo genoemd omdat ze in de kern (‘nucleus’) van sterrenstelsels voorkomen. Die hebben een ontsnappingssnelheid die groter is dan 50 km/s en dat lijkt de grens te zijn die noodzakelijk is om de kleinere zwarte gaten vast te houden, zodat die door botsingen de grotere exemplaren kunnen vormen. Hier het vakartikel over de studie, verschenen in Physical Review D Rapid Communications. Bron: Universiteit van Birmingham.