De superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels kunnen kleinere zwarte gaten invangen. Die komen zo in een baan om de superzware reus terecht. Dit geeft de kleine zwarte gaten de kans om te groeien. Bovendien laat het de superzware zwarte gaten er nog groter en helderder uitzien.
Rond de superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels cirkelen mogelijk duizenden relatief kleine zwarte gaten. Dat zou verklaren hoe kleine zwarte gaten groter worden. Ook zou het ons nieuw inzicht geven in waarom superzware zwarte gaten zo helder lijken.
De centra van sterrenstelsels hebben een buitengewoon hoge dichtheid en dus een sterke aantrekkende zwaartekracht. Materie – inclusief ‘stellaire’ zwarte gaten, waarvan de massa vergelijkbaar is met die van sterren – heeft daarom de neiging zich daar op te hopen.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Een deel van deze materie valt naar het centrale superzware zwarte gat in het sterrenstelsel. Zo’n bruisend stelselcentrum wordt ook wel een active galactic nucleus (AGN) genoemd. Hierdoor ontstaat een zogeheten accretieschijf rond het zwarte gat. Dit is een gloeiendhete ring van plasma.
Astronoom Shuying Zhou van de Xiamen Universiteit in China en haar collega’s hebben met computermodellen berekend hoe kleine zwarte gaten in zulke schijven terecht kunnen komen en hoe dat ze verandert.
Botsingen
‘Sterren en zwarte gaten zoemen rond in een zwerm rond het centrale superzware zwarte gat. Ze breken daarbij telkens door de dunne accretieschijven heen’, zegt astronoom Zoltan Haiman van Columbia-universiteit in New York, die niet bij dit werk betrokken was. De botsingen onttrekken energie aan de sterren en zwarte gaten. Uiteindelijk zijn ze dusdanig vertraagd dat ze ingevangen worden en blijven hangen in de schijf, zegt hij, ‘als in een vliegenval’.
Zhou en haar collega’s ontdekten dat elk superzwaar zwart gat omringd moet worden door duizenden van deze kleine zwarte gaten. Elk van die kleine zwarte gaten ontwikkelt zijn eigen kleine accretieschijf, waardoor het plasma en gas rond de AGN verder opwarmen. ‘Eerst dachten we dat de verhitting door stellaire zwarte gaten een kleine rol zou spelen’, zegt Zhou. ‘Maar de stellaire zwarte gaten kunnen het gas in de AGN-accretieschijf enorm verhitten.’
Deze verhitting moet vooral merkbaar zijn in de buitenste gebieden van de schijf. Daardoor kan het bereik van de gloed van de schijf meer dan drie keer zo groot worden.
Lopende band
Als dit proces inderdaad plaatsvindt, zou dat cruciaal kunnen zijn voor ons begrip van AGN’s en hoe ze ontstaan. ‘Op dit moment hebben we veel ‘gaten’ in de kennis van de fysica die bepaalt hoe AGN-schijven ontstaan en evolueren’, zegt astronoom Shmuel Gilbaum van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem. ‘Het verbeteren van ons begrip van AGN-schijven is cruciaal voor het begrijpen van de geschiedenis en evolutie van het heelal.’
Ook zou dit kunnen verklaren hoe zwarte gaten dankzij botsingen steeds groter worden. ‘Zwarte gaten zijn heel erg klein, dus de kans dat ze elkaar in dit enorme heelal toevallig tegenkomen en botsen is extreem klein’, zegt Imre Bartos van de Universiteit van Florida. ‘De accretieschijf fungeert als een soort lopende band voor zwarte gaten. Daar kunnen kleinere zwarte gaten elkaar ontmoeten en op elkaar botsen om zwaardere zwarte gaten te vormen. Dit kan een belangrijke bron van samensmeltingen zijn.’
Dat proces interesseert astronomen, omdat ze zwarte gaten hebben waargenomen met een massa van meer dan vijftig keer die van onze zon. Hoe deze zwarte gaten zijn ontstaan, is al decennialang een onbeantwoorde vraag.
Waarnemingen
Het belangrijkste deel van dit werk is dat de effecten van kleine zwarte gaten op de accretieschijven waarneembaar moeten zijn, zegt astronoom Rosalba Perna van de Stony Brook-universiteit in New York. Met gedetailleerde waarnemingen van het licht van AGN’s in verschillende golflengten kunnen we vaststellen of deze stellaire zwarte gaten inderdaad de voorspelde effecten hebben, zegt ze.
Tot nu toe lijken de waarnemingen overeen te komen met de voorspellingen. AGN’s die groter en helderder leken dan mogelijk werd geacht, zouden verklaard kunnen worden door dit verhittingsproces.
