Een nieuw zwart gat kan het gas in de buurt niet vraatzuchtig verslinden - omdat het mogelijk het grootste deel van het gas in zijn buurt eruit gooit, blijkt uit een nieuwe studie.
Marcelo Alvarez, van Stanford University, en zijn collega's voerden een nieuwe supercomputersimulatie uit om het lot van de eerste zwarte gaten in het universum te volgen. Ze ontdekten dat jonge zwarte gaten, tegen de verwachting in, zich niet efficiënt konden volproppen met gas in de buurt.
"De eerste sterren waren veel zwaarder dan de meeste sterren die we tegenwoordig zien, meer dan 100 keer de massa van onze zon", zegt John Wise, een postdoctoraal onderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en een van de auteurs van de studie. "Voor het eerst konden we in detail simuleren wat er met het gas rond die sterren gebeurt voor en nadat ze zwarte gaten hebben gevormd."
De intense straling en de sterke uitstroom van deze massieve sterren zorgden ervoor dat nabijgelegen gas verdween. 'Deze sterren hebben in wezen het meeste gas uit hun omgeving verwijderd', zei Wise. Een fractie van deze eerste sterren eindigde hun leven niet in grootse supernova-explosies. In plaats daarvan stortten ze rechtstreeks in zwarte gaten in.
Maar de zwarte gaten werden geboren in een met gas verarmde holte en, met weinig gas om zich te voeden, groeiden ze heel langzaam. "Tijdens de 200 miljoen jaar van onze simulatie groeide een zwart gat van 100 zonsmassa met minder dan één procent van zijn massa," zei Alvarez.
Uitgaande van gegevens afkomstig van waarnemingen van de kosmische achtergrondstraling - een lichtflits die 380.000 jaar na de oerknal optrad en het eerste beeld van de kosmische structuur weergeeft - pasten de onderzoekers de basiswetten toe die de interactie van materie regelen en lieten hun model van het vroege universum om te evolueren. De complexe simulatie omvatte hydrodynamica, chemische reacties, de absorptie en emissie van straling en stervorming.
In de simulatie vloeide kosmisch gas langzaam samen onder de zwaartekracht en vormde uiteindelijk de eerste sterren. Deze massieve, hete sterren brandden korte tijd helder en stoten zoveel energie uit in de vorm van sterrenlicht dat ze nabijgelegen gaswolken wegduwden.
Deze sterren konden zo'n vurig bestaan niet lang volhouden en al snel hadden ze hun interne brandstof op. Een van de sterren in de simulatie stortte onder zijn eigen gewicht in en vormde een zwart gat. Met alleen gasfluizen in de buurt, was het zwarte gat in wezen 'uitgehongerd' aan materie waarop het moest groeien.
Maar ondanks zijn strenge dieet had het zwarte gat een dramatisch effect op zijn omgeving. Dit werd onthuld door een belangrijk aspect van de simulatie, radiatieve feedback genaamd, die verantwoordelijk was voor de manier waarop röntgenstralen die door het zwarte gat werden uitgezonden, het verre gas beïnvloedden.
Zelfs op dieet produceert een zwart gat overvloedige röntgenstralen. Deze straling zorgde er niet alleen voor dat er geen gas in de buurt naar binnen viel, maar verhitte het gas honderd lichtjaar verder tot enkele duizenden graden. Heet gas kan niet samenkomen om nieuwe sterren te vormen. "Hoewel de zwarte gaten niet significant groeien, is hun straling intens genoeg om de stervorming in de buurt tientallen en misschien zelfs honderden miljoenen jaren af te sluiten", aldus Alvarez.
Bron: NASA. De studie verschijnt inThe Astrophysical Journal Letters.
