Laten we een wetenschappelijk experiment doen: als we aannemen dat er na de oerknal een groot aantal zeer kleine zwarte gaten (zogenaamde oorspronkelijke zwarte gaten) zijn ontstaan, kunnen sommige van deze zwarte gaten tijdens de vorming van nieuwe sterren vast komen te zitten. Welk effect zou dit hebben op de levensduur van een ster?

In één hypothetisch scenario zouden kleine oorspronkelijke zwarte gaten kunnen worden opgevangen door nieuw gevormde sterren. Een internationaal team van onderzoekers, onder leiding van onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Astrofysica, heeft nu de evolutie van deze zogenaamde ‘Hawking-sterren’ gemodelleerd en ontdekt dat ze verrassend lang kunnen leven en in veel opzichten op gewone sterren kunnen lijken. Asteroïdometrie kan helpen dergelijke sterren te identificeren en daarmee het bestaan ​​van oorspronkelijke zwarte gaten en hun rol als componenten van donkere materie te testen.

Selmade Mink, directeur van de Stellaire Afdeling van het Max Planck Instituut voor Astrofysica (MPA), zei: ‘Wetenschappers stellen soms gekke vragen om meer te weten te komen. We weten niet eens of zulke oorspronkelijke zwarte gaten bestaan, maar we kunnen nog steeds een interessant gedachte-experiment doen.’

Primordiale zwarte gaten zouden zich in het vroege heelal moeten hebben gevormd, met massa's variërend van zo klein als een asteroïde tot duizenden zonsmassa's. Ze kunnen een belangrijk onderdeel zijn van donkere materie, of ze kunnen de zaden zijn van de superzware zwarte gaten in de centra van de huidige sterrenstelsels.

Een afbeelding van een klein zwart gat in het centrum van de zon in een gedachte-experiment. Afbeeldingscredit: ©MPA, achtergrondafbeelding: Wikimedia/Creative Commons.

In een zeer kleine waarschijnlijkheid zou een nieuw gevormde ster een zwart gat kunnen vangen met een massa die gelijk is aan die van een asteroïde of maantje, dat dan het centrum van de ster zou bezetten. Dergelijke sterren worden "Hawking-sterren" genoemd, genoemd naar Stephen Hawking, die het idee voor het eerst in een artikel in de jaren zeventig voorstelde. Een zwart gat in het centrum van zo’n Hawking-ster zou slechts langzaam groeien omdat de uitstromende helderheid de instroom van gas blokkeert dat het zwarte gat aandrijft.

Nu heeft een internationaal team van wetenschappers de evolutie van zo'n ster gesimuleerd met behulp van verschillende beginmassa's van het zwarte gat en verschillende accretiemodellen in het centrum van de ster. Ze kwamen met een verrassend resultaat: wanneer het zwarte gat minder zwaar is, is de ster in wezen niet te onderscheiden van een gewone ster.

Earl Patrick Bellinger, een MPA-postdoc die de studie leidde en nu assistent-professor is aan de Yale University, zei: "Sterren met zwarte gaten in hun centrum hebben een verrassend lange levensduur. Er kan zelfs een zwart gat zo groot als Mercurius in het centrum van onze zon zijn, en we zijn ons daar niet van bewust."

Deze twee afbeeldingen tonen de radiale evolutie van een ster met een massa vergelijkbaar met die van de zon zonder (links) en met (rechts) een zwart gat met een initiële massa vergelijkbaar met die van een asteroïde. De ononderbroken zwarte lijn geeft de fotosferische straal weer, en de verticale stippellijn geeft de huidige leeftijd van de zon weer. Het rode gebied laat zien waar waterstof bij kernfusie wordt omgezet in helium, dat het grootste deel van de helderheid van de zon levert voordat het zwarte gat aanzienlijk begint te groeien (zwart gebied; op lagere leeftijden is het zwarte gat te klein om op deze afbeelding te zien). Zwarte gaten drijven convectiestromen aan die de binnenste delen van sterren vermengen. Let op de verschillende schalen van de y-as.

Het belangrijkste verschil tussen dergelijke Hawking-sterren en gewone sterren is dat de kern nabij de kern convectief zal worden als gevolg van de aanwas van het zwarte gat. Het verandert niets aan de eigenschappen van het oppervlak van de ster en kan de huidige detectiemogelijkheden niet omzeilen. Het kan echter worden gedetecteerd met behulp van het relatief nieuwe vakgebied van de asteroseismologie, waarbij astronomen akoestische oscillaties gebruiken om de binnenkant van sterren te onderzoeken.

Bovendien kunnen zwarte gaten tijdens de latere stadia van de evolutie van sterren, bekend als de rode reuzenfase, karakteristieke signalen produceren. Met de ontwikkeling van projecten als PLATO kunnen dergelijke objecten ontdekt worden. Er zullen echter verdere simulaties nodig zijn om de effecten te bepalen van het plaatsen van een zwart gat in sterren met verschillende massa's en metalliciteiten.

‘Als er inderdaad kort na de oerknal primordiale zwarte gaten zijn gevormd, dan kan het zoeken naar Hawking-sterren een manier zijn om ze te vinden.’ Professor Matt Caplan van de Illinois State University, een co-auteur van de studie, merkte op: ‘Hoewel de zon wordt gebruikt voor de praktijk, hebben we goede redenen om aan te nemen dat Hawking-sterren veel voorkomen in bolvormige sterrenhopen en ultrazwakke dwergstelsels. Dit betekent dat Hawking-sterren een hulpmiddel kunnen zijn om te testen of er oerzwarte gaten bestaan ​​en hun mogelijke rol als donkere materie.’

Samengestelde bron: ScitechDaily