In het universum gaan zwarte gaten schuil die groter zijn dan astronomen voor mogelijk houden. Mogelijk zijn deze giganten gevormd toen superzware sterren instortten, maar het is onduidelijk hoe die gevormd zouden kunnen zijn. Nu lijkt er een antwoord te zijn op dit mysterie: een groep sterren zou op elkaar kunnen knallen en zo een monsterlijk grote ster kunnen vormen.
Astronomen zijn in staat om naar het vroege heelal kijken door licht te observeren dat miljarden jaren lang heeft gereisd voordat het de aarde bereikte. Wat ze in de jonge jaren van het heelal aantreffen, vormt al enige tijd een mysterie. Ze vinden daar zo’n tweehonderd superzware zwarte gaten, die honderdduizend tot een miljard keer zo massief zijn als onze zon. Als die zwarte gaten op de gebruikelijke manier zijn gevormd, waarbij sterren ineenstorten onder hun eigen massa, is het onmogelijk dat ze in de korte tijd sinds de oerknal zo groot zijn geworden. Dus waar komen deze zwarte gaten vandaan?
Een mogelijkheid is dat ze ontstonden uit superzware sterren, die tienduizenden keren meer massa bevatten dan de zon. ‘Het is een handig trucje: als je iets hebt dat vanaf begin af aan al groot is, begin je met een voorsprong’, zegt sterrenkundige Tyrone Woods van het Herzberg astronomie- en astrofysica-onderzoekscentrum in Canada.
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 ...
Monsterster
Maar momenteel zien we geen supermassieve sterren in het heelal en dus weten we niet hoe die zich zouden kunnen vormen. Astronoom Zoltan Haiman van de Columbia-universiteit in New York bouwde samen met zijn collega’s modellen die laten zien dat dichte clusters van sterren het antwoord kunnen bieden.
Sterrenclusters ontstaan wanneer enorme gaswolken in stukken uiteenvallen en elk stuk instort om een ster te vormen. Aangezien het heelal vroeger veel compacter was dan nu, hadden deze wolken in het verleden waarschijnlijk een veel grotere dichtheid.
Dat betekent dat wanneer een gaswolk een sterrencluster vormde, de resulterende sterren heel dicht bij elkaar stonden. De grootste ster van de groep kan naar het midden van het cluster bewegen en de andere sterren naar zich toe kunnen trekken. Naarmate meer sterren op de middelste vallen, groeit de centrale ster, waardoor het weer makkelijker wordt om de volgende ster naar binnen te slepen.
Onophoudelijk bombardement
‘De ster probeert in te storten. Maar als je er steeds nieuw materiaal in stopt, sneller dan dat-ie kan instorten, dan kun je hem blijven opbouwen. Hij kan daardoor geen normale ster worden die in een normaal zwart gat verandert’, zegt Haiman. ‘Zolang die gebombardeerd blijft worden met nieuw spul, zal die blijven groeien.’
Haiman en zijn team ontdekten dat als de centrale ster minstens eens per paar honderdduizend jaar een van zijn broers of zussen verslindt, hij kan groeien tot meer dan 600.000 keer de massa van de zon voordat hij instort. Dat is groot genoeg om daarna een zwart gat te vormen van het formaat van de superzware zwarte gaten die we in het vroege universum zien.
Alternatief ontstaansverhaal
Woods en zijn collega’s hebben de vorming van superzware sterren op een iets andere manier gemodelleerd: via een grote gaswolk die in een keer instort tot één enorme ster. Deze sterren groeien door zich te voeden met gas, in plaats van met andere sterren. Daardoor kunnen ze niet zo snel groeien als de sterren in Haimans model.
Het team van Woods ontdekte dat deze sterren instorten zodra ze ongeveer 150.000 keer de massa van de zon bereiken. Dat is niet zo groot als de sterren waar Haiman en zijn team naar keken, maar het is nog steeds groot genoeg om een superzwaar zwart gat te maken.
Ze ontdekten ook dat deze sterren een tijdje branden voordat ze in een zwart gat veranderen. ‘Deze dingen leven best lang, een miljoen jaar of meer. Ze storten niet meteen in’, zegt Woods. ‘Wat dat betekent, is dat we ze op een dag kunnen vinden.’ De volgende generatie ruimtetelescopen, zoals de James Webb-telescoop van NASA, zou diep genoeg in het vroege universum moeten kunnen turen om ze te zien, zegt hij.
