Primordiale zwarte gaten kunnen de vorming van superzware zwarte gaten hebben veroorzaakt

De eerste momenten van het universum waren turbulent en gevuld met hete, dichte materie. De fluctuaties in het vroege heelal zouden zo groot zijn geweest dat zakjes met stermassa onder hun eigen gewicht instortten om oer-zwarte gaten te vormen. Hoewel we deze kleine zwarte gaten nooit hebben ontdekt, kunnen ze een cruciale rol hebben gespeeld in de kosmische evolutie, misschien zelfs uitgroeien tot de superzware zwarte gaten die we vandaag zien. Een nieuwe studie laat zien hoe dit zou kunnen werken, maar ontdekte ook dat het proces complex is.

Een algemeen model voor oer-zwarte gaten is dat ze de zaden waren van sterrenstelsels en sterren. Zelfs een klein zwart gat zou materie erin trekken en een galactische nevel vormen, en het dichtere gas rond het zwarte gat zou leiden tot de vorming van vroege sterren. Dit zou verklaren waarom sterrenstelsels vroeg in het universum zijn gevormd, en ook waarom de meeste sterrenstelsels een superzwaar zwart gat bevatten.

Sommigen beweren dat primordiale zwart-gatzaden een essentiële rol spelen bij de vorming van vroege sterrenstelsels. Zonder zwarte gaten om het proces op gang te brengen, zouden sterrenstelsels niet vroeg zijn gevormd. Om deze vraag te beantwoorden, heeft het team een ​​simulatie gemaakt op een enorme supercomputer die bekend staat als Stampede2. Door hun simulaties ontdekte het team dat oer-zwarte gaten de vorming van sterrenstelsels en sterproductie kunnen stimuleren, maar ze kunnen dit ook belemmeren.

Primordiale zwarte gaten hebben misschien materie naar zich toe getrokken om stervorming te stimuleren, maar de materie die door het zwarte gat wordt verbruikt, verwarmt ook nabijgelegen gas en duwt het weg. Het blijkt dus dat oerzwarte gaten een geven en nemen effect hebben. Zwaartekracht trekt materie aan in galactische wolken, maar verwarmt ook het centrale gebied en belemmert de productie van sterren. Primordiale zwarte gaten spelen dus geen beslissende rol. De effecten van zaaien en verhitten heffen elkaar bijna op. De kleinste veranderingen in de beginomstandigheden kunnen bepalen of een oerzwart gat de vorming van vroege sterrenstelsels helpt of belemmert.

Natuurlijk kunnen dingen drastisch veranderen met de introductie van donkere materie. Donkere materie wordt door de zwaartekracht aangetrokken door het zwarte gat, maar verwarmt nabije materie niet zoals normale materie. De oer-zwarte gaten en donkere materie zouden op zo’n manier hebben samengewerkt dat elke opwarming van de oer-zwarte gaten zou zijn overwonnen. Als dat zo is, zou de interactie van donkere materie en oerzwarte gaten de vorming van zwaartekrachtsgolven kunnen veroorzaken. Deze golven zijn te zwak om nu te detecteren, maar toekomstige zwaartekrachtsgolftelescopen kunnen dat misschien wel.

Deze gedetailleerde simulatie toont de subtiliteit en complexiteit van de rol van oerzwarte gaten. Naarmate het team meer gedetailleerde simulaties gaat maken, hopen ze te zien hoe donkere materie, oerzwarte gaten en sterproductie kunnen leiden tot de vorming van superzware zwarte gaten. Na verloop van tijd kunnen ze ons misschien vertellen hoe grote dingen als deze een klein begin hebben.

Referentie: Liu, Boyuan, Saiyang Zhang en Volker Bromm. “Effecten van oerzwarte gaten met stellaire massa op de vorming van de eerste ster. ” Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society 514,2 (2022): 2376-2396.