Wat is donkere materie? Hoe verschijnen superzware zwarte gaten eigenlijk? Deze oude vraag kan worden beantwoord door primordiale zwarte gaten. Kosmologen uit Leiden en China hebben een nieuwe manier gevonden waarop deze hypothetische objecten direct na de oerknal kunnen worden geboren. Hun werk is gepubliceerd in Physical Review Letters.
Wetenschappers worden geconfronteerd met grote mysteries in hun zoektocht om het universum te begrijpen. Sterren bewegen bijvoorbeeld in sterrenstelsels alsof ze vijf keer meer massa hebben dan we zien. Wat houdt deze donkere materie in? Er is nog een mysterie: sterrenstelsels voeden enorme zwarte gaten in hun kernen, die miljoenen zonsmassa's wegen. In jonge sterrenstelsels zouden instortende sterren niet genoeg tijd hebben gehad om zo uit te breiden. Hoe zijn deze superzware zwarte gaten dan ontstaan?
Primordiale zwarte gaten: het langverwachte antwoord?
Kosmologen hebben een hypothetische oplossing voorgesteld die een van de twee mysteries zou kunnen oplossen. Primordiale zwarte gaten, die kort na de oerknal verschenen, hebben het vermogen om klein te blijven of snel massa te krijgen. In het eerste geval zijn ze geschikt voor de rol van donkere materie. In het tweede geval kunnen ze zaden worden voor superzware zwarte gaten. Kosmoloog Don-Gang Won van de Universiteit Leiden en zijn Chinese collega's Yi-Fu Kai, Ji Tong en Sheng-Feng Yang van China University hebben een nieuwe manier beschreven waarop oerzwarte gaten kunnen verschijnen tijdens de oerknal.
Na de oerknal bevatte het universum kleine verstoringen in de dichtheid die werden veroorzaakt door willekeurige kwantumfluctuaties. Ze zijn groot genoeg om sterren en melkwegstelsels te vormen, maar te klein om op zichzelf primaire zwarte gaten te worden. Vaughn en zijn collega's hebben een nieuw resonerend effect geïdentificeerd dat oerzwarte gaten mogelijk maakt door bepaalde storingen selectief te versterken. Dit leidt tot de voorspelling dat alle oerzwarte gaten ongeveer dezelfde massa zouden moeten hebben. De smalle pieken in de figuur tonen het bereik van mogelijke massa's door resonantie.
"Andere berekeningen vergroten de verontwaardiging op een andere manier, maar stuiten op problemen", zegt Vaughn. “We gebruiken resonantie tijdens inflatie, toen het universum exponentieel groeide net na de oerknal. Onze berekeningen zijn eenvoudig genoeg om mee te werken. In werkelijkheid is het mechanisme misschien ingewikkelder, maar dit is in ieder geval het begin."
Promotie video:
Ilya Khel
