Onderzoekers komen met een nieuwe theorie over de oorsprong van zwarte gaten en hun impact op het heelal.

Wanneer ontstonden de eerste zwarte gaten? Gebeurde dat miljoenen jaren na de oerknal, toen de eerste sterren stierven? Of gebeurde dat minder dan een seconde nadat de oerknal plaats had gevonden? Het is een vraag die wetenschappers al een tijdje bezighoudt. En nu komen onderzoekers in een paper met een nieuwe – en relatief simpele – theorie omtrent de oorsprong van zwarte gaten. En die theorie stelt dat zwarte gaten vrij kort na de oerknal, nog voor de eerste sterren het levenslicht zagen, ontstonden.

De theorie
Volgens de onderzoekers ontstond er kort na de oerknal een uniform energieveld. En door de snelle uitdijing van het universum viel dat energieveld uiteen in ‘klonters’. Zwaartekracht zou er vervolgens voor gezorgd hebben dat die klonters elkaar aan gingen trekken en samensmolten. En een fractie van die groeiende klonters zou uiteindelijk zo’n grote dichtheid hebben gekregen dat het zwarte gaten werden. Het is een fraaie en relatief simpele theorie, die – in tegenstelling tot andere verklaringen voor het ontstaan van dergelijke oer-zwarte gaten – geen beroep doet op onwaarschijnlijke samenlopen van omstandigheden.

Eerder dit jaar ontdekte een internationaal team van onderzoekers een ster in een nabijgelegen sterrenstelsel waarvan de helderheid precies zo fluctueerde als je zou verwachten als een oer-zwart gat er – vanaf de aarde gezien – voor langs beweegt.

Helderheid
Bovendien, zo schrijven de onderzoekers, moet het mogelijk zijn om deze oer-zwarte gaten op te sporen en hun bestaan aan te tonen. Bijvoorbeeld door te zoeken naar kleine veranderingen in de helderheid van sterren die ontstaan doordat een dergelijk zwart gat tussen de aarde en die ster langs beweegt en met zijn enorme zwaartekracht invloed uitoefent op die ster (zie kader).

Een schematische weergave van een zwart gat dat in een neutronenster belandt. Afbeelding: Alexander Kusenko / UCLA.

Zware elementen
In een tweede paper borduren onderzoekers nog even voort op het bestaan van dergelijke oer-zwarte gaten. In het paper stellen ze dat deze oer-zwarte gaten waarschijnlijk heel belangrijk zijn voor het ontstaan van zware elementen zoals goud, zilver, platinum en uranium. Hoewel we allemaal van deze elementen gehoord hebben, is de manier waarop ze ontstaan volstrekt onduidelijk. “Wetenschappers weten dat deze zware elementen bestaan, maar ze weten niet goed hoe ze gevormd worden,” vertelt onderzoeker Alexander Kusenko. “Dat is echt beschamend.’ In hun paper stellen de onderzoekers voor dat een oer-zwart gat soms botst met een neutronenster en vervolgens verdwijnt in diens binnenste. Als dat gebeurt, eet het zwarte gat die neutronenster als het waren van binnenuit op. Daar zou het zwarte gat zo’n 10.000 jaar over doen. Terwijl de neutronenster krimpt, gaat deze steeds sneller draaien. En uiteindelijk vliegen er zo kleine fragmenten van af. In die fragmenten zouden neutronen fuseren en zwaardere en zwaardere elementen vormen.

Verklaringen
De onderzoekers benadrukken dat de kans dat een neutronenster een zwart gat vangt, vrij klein is. Maar dat onderschrijft eigenlijk alleen hun theorie maar, aangezien we weten dat lang niet alle sterrenstelsels met zware elementen verrijkt zijn. De theorie dat oer-zwarte gaten botsen met neutronensterren en zo zware elementen produceren, zou tevens kunnen verklaren waarom in het hart van de Melkweg zo weinig neutronensterren te vinden zijn.

De wetenschappers zijn voornemens om hun theorie omtrent de botsende oer-zwarte gaten en neutronensterren de komende maanden verder te verkennen. Onder meer door middels simulaties uit te vogelen of dergelijke botsingen net zoveel zware elementen voortbrengen als we in nabijgelegen sterrenstelsels zien.