Wat weet jij over donkere materie? Volgens een nieuwe studie kan donkere materie - een mysterieuze substantie die aantrekkingskracht heeft maar geen straling uitstraalt - in feite bestaan uit enorme clusters van oude zwarte gaten, gevormd aan het begin van het heelal.
Deze conclusie is gebaseerd op de analyse van zwaartekrachtsgolven veroorzaakt door twee verre botsingen tussen zwarte gaten en neutronensterren.
De golven, gelabeld GW190425 en GW190814, werden in 2019 gedetecteerd door de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in Washington en Louisiana en de Virgo Interferometer bij Pisa, Italië. Eerdere analyses hebben aangetoond dat ze werden veroorzaakt door botsingen tussen zwarte gaten van 1,7 tot 2,6 keer de massa van onze zon en een mogelijk veel kleinere neutronenster of een veel groter zwart gat. Maar dat zou een van de objecten zijn die astrofysici noemen een zwart gat met de massa van de zon, die blijkbaar over de massa van de zon gaat. Zwarte gaten met zonnemassa zijn nogal mysterieus omdat ze niet worden verwacht van de traditionele astrofysica, waarin sterexplosies of supernova's grotere sterren in zwarte gaten veranderen.
Ook interessant:
- Gepolariseerd licht onthult de geheimen van het magnetische veld van een zwart gat
- Astronomen hebben een bewegend superzwaar zwart gat ontdekt
Deze zwarte gaten met de massa van de zon kunnen "primordiale" zwarte gaten zijn die tijdens de oerknal zijn ontstaan. Of ze zouden later gevormd kunnen zijn, toen neutronensterren werden omgezet in zwarte gaten, hetzij nadat de oorspronkelijke zwarte gaten waren geabsorbeerd, hetzij nadat bepaalde vermeende typen donkere materie waren geabsorbeerd.
Eerste zwarte gaten
De oorspronkelijke zwarte gaten, als ze bestaan, zijn waarschijnlijk in enorme hoeveelheden ontstaan in de eerste seconde van de oerknal, ongeveer 13,77 miljard jaar geleden. Ze zouden van alle soorten en maten zijn - de kleinste zou microscopisch klein zijn en de grootste zou tienduizenden keren de massa van onze zon zijn.
De onderzoekers wilden zien of ze het verschil konden zien tussen oer-zwarte gaten en zwarte gaten die zijn gevormd uit neutronensterren, de flikkerende overblijfselen van supernova's die achterbleven nadat hun moedersterren explodeerden nadat ze al hun waterstof hadden opgebruikt in kernfusiereacties.
Astrofysici schatten dat sterren met een massa van ongeveer vijf keer de massa van de zon instorten, met achterlating van een neutronenster gemaakt van superdichte materie, met ongeveer de massa van onze zon verpakt in een bol ter grootte van een stad.
Volgens van deze theorie, zou de sterke zwaartekracht van sommige neutronensterren constant donkere materiedeeltjes aantrekken. De nieuwe studie suggereert dat hun zwaartekracht uiteindelijk zo groot zal worden dat de neutronenster en de donkere materie samen zullen instorten tot een zwart gat.
Een alternatief dat door de studie wordt voorgesteld, is dat de neutronenster kan zijn aangetrokken tot en samengesmolten met een klein oerzwart gat, dat zich vervolgens in het centrum van de neutronenster vestigde en zich voedde met de omringende materie totdat alleen het zwarte gat overbleef.
Zwaartekrachtgolven
De wetenschappers redeneerden dat zwarte gaten die van neutronensterren zijn getransmuteerd, dezelfde massaverdeling zouden volgen als de neutronensterren waaruit ze zijn voortgekomen, wat afhangt van de grootte van hun moedersterren. Met dat in gedachten onderzochten ze gegevens van de ongeveer 50 zwaartekrachtsgolfdetecties die tot nu toe zijn gedaan en ontdekten dat slechts twee - GW190425 en GW190814 - werden geassocieerd met objecten met de juiste massa om oerzwarte gaten te zijn.
Het onderzoek is niet sluitend: het is nog steeds mogelijk dat bij de twee botsingen neutronensterren met detecteerbare massa's of zwarte gaten transmuteerden van neutronensterren van deze groottes. Maar de auteurs schrijven dat de massaverdeling van neutronensterren, die vermoedelijk in het heelal bestaan, dit onwaarschijnlijk maakt.
Lees ook:
- Een missie naar Uranus en Neptunus kan een detector van zwaartekrachtsgolven worden
- Zwaartekrachtlenzen maken het mogelijk om een galactisch internet te creëren