28 september 2021

Ineenstortende halo’s van donkere materie zouden de ‘zaden’ kunnen zijn voor superzware zwarte gaten

Impressie van een superzwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel. Credit: NASA / JPL-Caltech.

Superzware zwarte gaten zijn er in verschillende groottes, van de exemplaren zoals Sgr A* in het centrum van ons Melkwegstelsel, die ruim vier miljoen keer zo zwaar is, van de mega-superzware exemplaren, zoals M87*, die meer dan zes miljard zonsmassa telt (zie foto hieronder), tot aan de (hypothetische) krankzinnig zwarte gaten. Waarnemingen laten zien dat superzware zwarte gaten in het vroege heelal voorkwamen, pakweg 500 miljoen tot 1,5 miljard jaar na de oerknal. De modellen die er van uit gaan dat zware zwarte gaten ontstaan door aantrekking van materie, de ineenstorting van wolken oerwaterstof en het samensmelten van kleinere zwarte gaten kunnen die vroege verschijning niet verklaren. Maar een team van theoretisch sterrenkundigen van de Universitet van Californië in Riverside is nu met een nieuwe verklaring gekomen: in het vroege heelal zouden halo’s van donkere materie onder invloed van de zwaartekracht ineengestort zijn en dat heeft geleid tot het ontstaan van de ‘zaden’ van superzware zwarte gaten.

Het zwarte gat M87*. Credit: EHT Collaboration.

Dat er donkere materie in het heelal is en dat deze pakweg 85% vormt van alle materie in het heelal is bekend. Hai-Bo Yu en z’n team denken nu dat als donkere materie ook met zichzelf kan reageren – en dat zou in theorie via z’n eigen zwaartekracht kunnen – dan zouden via een zogeheten gravothermische ineenstorting van halo’s van donkere materie zaden van superzware zwarte gaten kunnen ontstaan. Dat donkere materie halo’s vormt is ook bekend, het Melkwegstelsel is vermoedelijk ook omgeven door zo’n grote halo. Op die halo’s zijn twee krachten werkzaam: de aantrekking door de zwaartekracht en de druk naar buiten toe. Als donkere materie niet op zichzelf reageert krijg je dat als de zwaartekracht sterker wordt de (donkere) materie krimpt. Dan wordt de druk groter en neemt de temperatuur toe, en de krimp wordt een halt toegeroepen. Als donkere materie wel reageert op zichzelf krijg je dat bij toenemende zwaartekracht de temperatuur weliswaar stijgt, maar die extra hitte kan dan getransporteerd worden naar koudere gebieden en de druk neemt daardoor niet toe. Resultaat is dan een gravothermische instabiliteit of collaps en dat kan enorm zware zwarte gaten veroorzaken. Die kan daarna verder groeien door aantrekking van gewone materie, zoals gas, sterren en kleinere zwarte gaten.

Voorstelling van donkere materie in de halo om de Melkweg. Credit: Wikipedia.

Dit alles gaat in een veel sneller tempo dan de bestaande modellen, die nog uitgaan van collaps van ouderwetse ‘baryonische’ materie. In het model van Yu speelt ook viscositeit nog een rol: de zelfinteracties van donkere materie kunnen viscositeit of wrijving veroorzaken, waardoor de rotatie van de ineenstortende halo afneemt. Het zaad zwarte gat dat daarna ontstaat zal daardoor niet snel roteren. Hier het vakartikel over het nieuwe model van ontstaan van superzware zwarte gaten in het vroege heelal, verschenen in The Astrophysical Journal Letters. Bron: UC Riverside.

Speak Your Mind

*

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