In het vroege heelal bestonden er volgens bepaalde theorieën geen sterren, maar enorme sterachtige objecten, “quasi-sterren”. Quasisterren wekken hun energie niet op door kernfusie, maar vermoedelijk door iets anders. Astrofysicus Warrick Ball van Cambridge bevestigde een eerdere berekening van collega Mitchell Begelman van de universiteit van Colorado in Boulder. Beide denken nu op grond van computerberekeningen dat de energiebron van quasisterren uit kleine zwarte gaten bestond, die in de loop van miljoenen jaren uitgroeiden tot monsters van duizenden zonsmassa’s.
Quasisterren: onmogelijk?
Quasisterren waren (als ze bestonden) enorme bolvormige objecten van duizenden zonsmassa’s. Eigenlijk kan dat niet. De grootste stabiele ster denkbaar is een Wolf-Rayet ster van ongeveer honderdtwintig zonsmassa’s aan gas. Het meeste gas wordt weggeblazen door de zeer hoge stralingsdruk. Het restant brandt in maar enkele miljoenen jaren op (een duizendste van de levensduur van de zon). Zwaardere sterren-in-wording overschrijden de Eddingtonlimiet en exploderen vrijwel meteen als een pair-instability supernova, omdat zware atoomkernen plotseling gaan fuseren, de extreem krachtige gammastraling in de kern die dan ontstaat wordt omgezet in paren elektronen en positronen: antimaterie. Als gevolg valt de stralingsdruk wegvalt en volgt er door de enorme zwaartekracht een catastrofale ineenstorting.
Metaalarm
De reden dat quasisterren toch konden bestaan, is dat in het vroege bestaan van het heelal maar vier chemische elementen voorkwamen: 75 massaprocent waterstof, de rest helium en minieme spoortjes lithium (vrijwel alle lithium hier op aarde, dus ook in de accu van laptops, is afkomstig van de Big Bang) en beryllium.
Quasisterren zagen er ongeveer zo uit als de zon, maar dan heel veel groter en zwaarder.
Met andere woorden: de eerste metaalarme (astronomen noemen alles zwaarder dan helium een metaal) populatie-III sterren bestonden vrijwel geheel uit waterstof en helium, waardoor ze veel groter konden worden dan tegenwoordige sterren zonder direct te exploderen: er was alleen de vloeiende curve van de waterstof- en heliumfusie waardoor in een heel groot gebied kernfusie plaatsvond en zich door de stralingsdruk geen zware exploderende kern kon vormen.
Volgens de quasister-theorie werd op een gegeven moment de kern van de samentrekkende gaswolk toch zo zwaar en dicht dat deze de Chandrasekharlimiet overschreed en zich een zwart gat vormde.
Zwart gat verhit ster
Zwarte gaten doen hun naam (voor zowel onze berekeningen uitwijzen) niet bepaald eer aan. Materie die in een zwart gat valt, wordt zeer heet en valt daarom uiteen in geladen deeltjes. Geladen deeltjes die rondtollen (in dit geval: om het zwarte gat) zenden straling uit : de reden dat objecten als Cygnus X-1, de meest waarschijnlijke kandidaat voor een zwart gat, enorm sterke röntgenbronnen zijn. Dit zwarte gat verhit met deze straling het gas in het centrum, waardoor dit uit gaat zetten. Volgens berekeningen van het team astronomen is het gevolg, dat de gasbol er van buiten uit zie als een uit de kluiten gewassen ster, zo groot dat ons complete zonnestelsel plus Kuipergordel er in zou passen, met een kleur van die van de zon van rond de duizend zonsmassa’s. Hoe groter het zwarte gat, hoe vraatzuchtiger en hoe meer energie er vrij komt. Op een gegeven moment wordt de omgeving rond het zwarte gat zo heet, dat de gasschil weg wordt geblazen en het zwarte gat zelf zichtbaar wordt. Volgens de berekening van de onderzoekers gebeurt dit na ongeveer een miljoen jaar.
Dwergstelsels
Met dit mechanisme denken ze te kunnen verklaren hoe de superzware zwarte gaten in het centrum van de eerste melkwegstelsels zich vormden. Deze trokken vervolgens de materie in de buurt aan en concentreerden deze tot de eerste melkwegstelsels. Deze oermelkwegstelsels waren overigens veel kleiner dan onze Melkweg: het ging hier om dwergstelsels zoals de Magelhaense Wolken en Omega Centauri die zich in de loop van miljarden jaren samenvoegden tot de imposante melkwegstelsels van nu. Ook de zwarte gaten slokten elkaar op tot de monsters van miljarden zonsmassa’s van nu.
Bronnen
New Scientist
Arxiv.org (Begelman, Rossi en Armitage)
Arxiv.org (Ball, Tout, Zytkov en Eldridge)
