Overal in het heelal ontploffen dode sterren en we weten niet precies waarom. Twee onderzoekers geven nu de schuld aan minuscule zwarte gaten die uit donkere materie bestaan.
Opgebrande sterren staan bekend als witte dwergen. Wanneer ze materie van een naburige ster opnemen of zich vermengen met andere ruimteobjecten, kunnen ze ontploffen als een supernova-explosie van type Ia.
Hoe dat precies werkt, is nog een open vraag. ‘Het gekke aan supernova’s is dat ze in computermodellen nooit vanzelf tot de uiteindelijke ontploffing komen. Er moet altijd een trigger in het model worden gestopt’, zegt astronoom Ashley Pagnotta van het College of Charleston in de Amerikaanse staat South Carolina, niet betrokken bij het onderzoek.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Zwart gaatje
Volgens sterrenkundigen Joseph Bramante en Javier Acevedo van de Queen’s University in Canada kan donkere materie weleens die trigger zijn. Dat is het onzichtbare spul waarvan gedacht wordt dat het 80 procent van de materie in het heelal voor zijn rekening neemt.
Het tweetal simuleerde wat er gebeurt wanneer donkere materie op een witte dwerg stuit die tussen 1 en 1,4 keer zo zwaar is als de zon. Binnen in een witte dwerg van die massa is de druk zo hoog dat daar volgens Bramante en Acevedo een zwart gat zou kunnen ontstaan.
Dat gebeurt dan als volgt: wanneer donkere materie met ongeveer 1 procent van de lichtsnelheid in de witte dwerg valt, is die materie veel warmer dan het materiaal waaruit de ster bestaat. Wanneer de donkere materie in aanraking komt met het stermateriaal, koelt het af en hoopt het op in de kern.
Als daar genoeg donkere materie samenklontert, zal dat onder de eigen zwaartekracht ineenstorten. Zo ontstaat dan in het hart van de ster een piepklein zwart gaatje.
‘Dat zou ongeveer zo groot zijn als een proton, maar nog altijd extreem zwaar’, zegt Bramante. Als het zwarte gat zwaar genoeg is en de witte dwerg klein genoeg, zou het zwarte gat het stermateriaal zelfs binnen een milliseconde kunnen opslokken.
Hawkingstraling
Een andere mogelijkheid is dat het zwarte gat verdampt door hawkingstraling uit te zenden. Dat is een vorm van energie waarvan vermoed wordt dat die uit een zwart gat weglekt, zodat het geleidelijk slinkt. ‘Het is een wapenwedloop tussen hawkingstraling en materiaalopname. Welke van de twee wint, hangt af van hoe groot het zwarte gat is’, zegt Bramante.
Als de hawkingstraling wint, kan die daarna zelfs de hele ster vernietigen. Naarmate het zwarte gat krimpt, wordt de temperatuur in de ster namelijk steeds hoger, doordat de uitgezonden stralingsdeeltjes op het omliggende stermateriaal botsen. Na ongeveer 3 miljard jaar is het warm genoeg om kernfusie te laten plaatsvinden, met als gevolg dat de witte dwerg ontploft.
Quantumzwaartekracht
Deze uitkomst is echter nog erg speculatief. ‘We hebben geen idee wat er zou gebeuren zodra de temperatuur maximaal is’, zegt Bramante. Om te weten wat er gebeurt wanneer de hawkingstraling de plancktemperatuur bereikt – in theorie de hoogst mogelijke temperatuur – moeten we de regels van de quantumfysica en de algemene relativiteitstheorie verenigen in een theorie van quantumzwaartekracht. Dat is een van de grootste uitdagingen in de hedendaagse natuurkunde.
‘Hoewel het verscholen in een witte dwerg zou plaatsvinden, kan dit wel een voorbeeld zijn van een proces waarbij quantumzwaartekracht een rol speelt’, zegt Bramante. ‘We moeten uitvogelen wat je zou waarnemen wanneer een witte dwerg ontploft als gevolg van deze laatste ontstekingsfase.’
Zo’n waarneming wordt echter lastig, zegt Pagnotta. Het zou interessant zijn om bepaalde voorwaarden aan donkere materie te hangen, zodat je de ware aard ervan kunt beginnen vast te pinnen. Volgens Pagnotta is de vingerafdruk van donkere materie echter mogelijk niet zichtbaar in het licht dat we van supernova’s waarnemen.
De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Physical Review D.
