Een nieuw onderzoeksteam heeft een uitgebreid theoretisch kader ontwikkeld om te begrijpen wat er gebeurt wanneer sterren primordiale zwarte gaten invangen. Afhankelijk van de omstandigheden kan dit leiden tot een stille consumptie van de ster of een gewelddadige explosie die de ster binnen enkele minuten vernietigt.
In een recent gepubliceerd wetenschappelijk rapport onderzoeken astronomen de interactie tussen sterren en primordiale zwarte gaten (PBH's). Deze hypothetische zwarte gaten, die kort na de oerknal zouden zijn ontstaan, worden beschouwd als mogelijke kandidaten voor donkere materie, specifiek in de zogenaamde 'asteroïde-massa' (tussen $10^{17}$ en $10^{23}$ gram). Volgens de publicatie op arxiv.org kunnen deze compacte objecten door sterren worden gevangen, wat leidt tot een complex evolutionair proces.
Twee mogelijke scenario's
Het onderzoek, uitgevoerd door onder meer Ore Gottlieb en Matteo Cantiello, maakt gebruik van een combinatie van analytische berekeningen, 3D-simulaties en populatiesynthese. De resultaten tonen aan dat het lot van een ster die een PBH invangt, uiteenvalt in twee fundamenteel verschillende paden.
In het eerste scenario vindt er een 'stille consumptie' plaats. Dit gebeurt wanneer het zwarte gat te laat in het leven van de ster wordt gevangen of wanneer de groei van het object te traag verloopt. In dit geval wordt de ster geleidelijk van binnenuit opgegeten zonder dat er sprake is van een spectaculaire gebeurtenis.
Het tweede scenario is veel destructiever. Wanneer het zwarte gat in staat is om een accretieschijf te vormen voordat de gastster volledig is geconsumeerd, treedt er een explosieve disruptie op. De vorming van deze schijf markeert het 'point of no return'. De resulterende relativistische jets en sterrenwinden kunnen de ster binnen enkele minuten volledig uit elkaar doen spatten.
De rol van begeleidende planeten
De onderzoekers stellen vast dat de invangst van een primordiaal zwart gat vaak wordt gefaciliteerd door interacties tussen drie lichamen, waarbij een planetaire of stellaire metgezel een cruciale rol speelt. Voor een ster van het type van onze zon met een begeleider zoals Jupiter, is een minimale massa van het zwarte gat van ongeveer $10^{22}$ gram vereist om binnen de levensduur van de hoofdreeks naar het centrum van de ster te spiraliseren. Lichtere zwarte gaten hebben over het algemeen nauwere begeleiders nodig om op dezelfde wijze gevangen te worden.
Waarneembare signalen en kosmische sporen
De explosieve vernietiging van een ster door een PBH zou leiden tot specifieke astronomische signalen. Volgens de data op kan dit resulteren in:
- Een UV- of blauw signaal dat ongeveer een dag aanhoudt.
- Een radio-afterglow.
- X-ray-flitsen of laag-luminositeit gammaflitsen (llGRB's), mits de jet uit de ster ontsnapt.
De energie van deze jets wordt geschat op $10^{45}$ tot $10^{50}$ erg per seconde. Indien de aannames over de fractie donkere materie en de kans op invangst correct zijn, zou de frequentie van deze gebeurtenissen vergelijkbaar kunnen zijn met die van bekende laag-luminositeit gammaflitsen.
Wetenschappelijke betekenis
De overgebleven objecten na zo'n proces zijn zwarte gaten met een lage massa maar een hoge spin (ongeveer $a_\ast \approx 0,8$). Deze overblijfselen kunnen dienen als een nieuwe methode om primordiale zwarte gaten op te sporen en kunnen mogelijk de bron vormen voor fusies van zwarte gaten met een subsolaire massa.
Hoewel andere bronnen zoals life.com geen specifieke details over dit onderzoek verspreiden vanwege technische toegangsbeperkingen, blijft de publicatie op de primaire bron voor deze nieuwe inzichten in de astrofysica. De studie biedt hiermee een essentieel nieuw instrument voor het begrijpen van de interactie tussen donkere materie en zichtbare sterren.