Een internationaal team van astrofysici heeft bewijs gevonden dat het universum recycleert zwarte gatendoor ze samen te voegen tot nog grotere. Zwaartekrachtgolven Uit metingen van de afgelopen jaren blijkt dat enkele van de zwaarste zwarte gaten in sterrenhopen duidelijke tekenen vertonen dat ze zwarte gaten van de ‘tweede generatie’ zijn – producten van eerdere botsingen – en daarom niet afkomstig kunnen zijn van de ineenstorting van een massieve ster.
Onmogelijke zwarte gaten
De evolutietheorie van sterren legt uit dat aan het einde van het leven van de zwaarste sterren hun kernen samengedrukt worden totdat ze een punt vormen dat zo dicht is dat de ruimte-tijd naar oneindig kromt. Dit is het klassieke zwarte gat, met een massa van 10 tot 40 keer die van de zon. Er zijn ook superzware zwarte gaten, in het centrum van sterrenstelsels, met miljoenen of miljarden zonnemassa’s, waarvan de oorsprong verband houdt met processen die plaatsvonden in de vroegste momenten van het universum.
Tussen deze twee uitersten ligt een omstreden categorie: zwarte gaten met massa’s tussen de 40 en 100 zonsmassa’s. Ze zijn te zwaar om geboren te worden na de dood van een ster, maar ze bereiken niet de noodzakelijke afmetingen om uit de ineenstorting van een gigantische wolk van materie tevoorschijn te komen. De conventionele stellaire fysica beschouwt ze als ‘onmogelijk’, maar toch komen ze regelmatig voor bij detecties.
Astrofysici veronderstellen dat deze massieve zwarte gaten zouden kunnen ontstaan door het samensmelten van twee of meer kleinere, ultradichte objecten. Het idee was plausibel, maar er was bewijs voor nodig. Tot voor kort was er geen manier om dit te verkrijgen.
Toen kwamen zwaartekrachtgolfdetectoren op het toneel. Deze instrumenten gebruiken lasers om de microvervorming van de ruimte-tijd te meten die wordt gegenereerd door de botsing van extreem dichte objecten. De eerste detectie, in 2015, bevestigde een fusie tussen zwarte gaten. Sindsdien heeft elk nieuw signaal een betere karakterisering van deze structuren mogelijk gemaakt en is gebleken dat deze botsingen veel vaker voorkomen dan eerder werd gedacht.
De handtekening van de tweede generatie
Het onderzoek, deze maand gepubliceerd in Natuur Astronomieanalyseerde een voorbijgaande catalogus van zwaartekrachtgolven gegenereerd door de drie belangrijkste observatoria ter wereld. De database bevatte 153 betrouwbare detecties van samensmeltingen van zwarte gaten. Onder hen kwamen 34 overeen met bijzonder zware voorwerpen.
Door alle signalen te vergelijken, identificeerde het team twee verschillende populaties. De lichtere zwarte gaten, tot ongeveer 40 zonsmassa’s, vertoonden kleine, uitgelijnde spins, zoals verwacht voor objecten die zijn ontstaan uit de ineenstorting van een ster. Maar vanaf een bepaald punt, rond de 45 zonsmassa’s, verscheen er een compleet andere populatie: zwaardere zwarte gaten, die snel en in chaotische richtingen ronddraaiden – een statistische signatuur die alleen kan ontstaan als het object al aan een eerdere fusie heeft deelgenomen.
“Dit is precies de signatuur die je zou verwachten als zwarte gaten herhaaldelijk zouden samensmelten tot dichte sterrenhopen”, zegt Isobel M. Romero-Shaw, co-auteur van het onderzoek, in een stelling van de Universiteit van Cardiff.
Tot nu toe hebben onderzoekers geen van deze ‘onmogelijke’ zwarte gaten rechtstreeks waargenomen. Ze verschijnen niet op röntgenfoto’s of in het zichtbare spectrum, in tegenstelling tot supermassieve straling. Hun botsingen brengen echter ruimte-tijd in trilling, en die trilling onthult massa’s die de sterrenfysica niet kan verklaren.
Uit dit onderzoek blijkt dat de zwaarste zwarte gaten eerder worden gebouwd dan geboren. Ze komen voort uit eerdere generaties botsingen, verzameld in de dichtste omgevingen van de kosmos.
Dit verhaal verscheen oorspronkelijk in BEDRAAD in het Spaans en is vertaald uit het Spaans.
