Sterren kunnen kleine zwarte gaten bevatten. De extra massa die deze zwarte gaten met zich meenemen, kan vreemde zwaartekrachtseffecten verklaren die momenteel nog aan donkere materie worden toegeschreven.

Piepkleine zwarte gaten die tijdens de oerknal zijn gevormd, kunnen zich schuilhouden in de kernen van sterren. Dit idee, uit de koker van het overleden natuurkundeicoon Stephen Hawking, kan de effecten van donkere materie verklaren, zo hebben onderzoekers nu ontdekt.

Hawkings idee

In 1971 boog Hawking zich over een probleem met de zon. Uit onze ster komen opvallend weinig neutrino’s, energierijke deeltjes die overal doorheen kunnen vliegen. Hawking vroeg zich af of dit neutrinogebrek te verklaren is als de zon een klein zwart gat zou herbergen. Dat zwarte gat zou uit het begin van het universum stammen.

‘Ik voel me een ambassadeur van het Y-chromosoom’
LEES OOK

‘Ik voel me een ambassadeur van het Y-chromosoom’

Genetica-onderzoeker Sofie Claerhout onderzoekt hoe we het Y-chromosoom in forensisch onderzoek kunnen gebruiken om cold cases op te lossen.

In 2001 bleek het neutrinoprobleem echter een andere oplossing te hebben. Daarop verloor het onderwerp van zwarte gaten in sterren aan populariteit.

Nu hebben astrofysicus Earl Bellinger van het Max Planck-instituut voor Astrofysica in Duitsland en zijn collega’s het idee nieuw leven ingeblazen. Zij stellen namelijk dat het idee donkere materie kan verklaren. Ook hebben ze berekend welke effecten zulke zwarte gaten zouden hebben op de levensloop van de ster die ze herbergt. Ze publiceerden hun werk in het wetenschappelijk tijdschrift The Astrophysical Journal.

Groter en kouder

Bellinger en zijn team keken om te beginnen naar de dichtstbijzijnde ster: onze zon. Voor hun berekeningen sloten ze zwarte gaten met een massa kleiner dan die van een planetoïde uit, omdat deze geen meetbare effecten tot gevolg zouden hebben. Ook sloten ze zwarte gaten uit die groter waren dan de zon zelf, omdat die de ster al snel zouden opvreten. Wat overbleef waren zwarte gaten met ongeveer de massa van de planeet Mercurius of wat groter. Die zouden materie opslurpen en groeien, maar dat zou niet al te snel gebeuren.

Als zo’n zwart gat de brandstof in de kern van de ster opzuigt, zou de ster daardoor groeien. Dat is het gevolg van het krachtige licht dat uit de omgeving van het zwart gat straalt. Dat duwt de buitenste lagen van de ster naar buiten.

Na miljoenen jaren zou de ster hierdoor afkoelen tot onder de temperatuur die nodig is voor kernfusie, de energiereactie die een ster in leven houdt, aldus Bellinger. De ster zou zich dan chaotisch gaan gedragen, als een pan kokend water. Uiteindelijk zou hij veranderen in een zeldzame, ongewoon koude ster: een zogeheten ‘rode achterblijver’.

Pulserende handtekening

Een zwart gat in de kern van een rode achterblijver zou ervoor zorgen dat de ster op een unieke manier pulseert. Dat zouden we met telescopen kunnen zien, en dat is dus de zichtbare handtekening van een zwart gat in een ster. Bellinger is nu op zoek naar deze handtekening in de ongeveer vijfhonderd rode achterblijvers die astronomen op dit moment kennen.

Dit signatuur is niet te zien bij onze zon. Dat betekent dat het onwaarschijnlijk is dat de zon een zwart gat bevat. Toch is dit niet onmogelijk.

Een zwart gat dat te klein is om de ster te laten pulseren, kan nog steeds de levensloop van de ster beïnvloeden, zegt Bellinger. Zo’n zwart gat zou de temperatuur van de zon verlagen.

Dat heeft onder meer gevolgen wanneer de zon het einde van haar leven bereikt. Ze zal dan opzwellen tot een ander stertype, een rode reus. Als de temperatuur lager is dan verwacht, zal de zon de aarde daarbij niet opslokken, zoals momenteel voorspeld wordt. Toch zou het op onze planeet nog steeds behoorlijk heet worden: de oceanen van de aarde zouden nog steeds gaan koken en al het leven zou het loodje leggen.

Donkere materie

Als we bij andere sterren tekenen vinden dat ze een zwart gat herbergen, kan dat ook donkere materie verklaren. Dat goedje wordt gezien als de oorzaak van de anders onverklaarbare zwaartekrachtseffecten in het heelal, zoals sterrenstelsels die ‘te snel’ roteren als er alleen zichtbare materie zou bestaan. Als zwarte gaten zich in sterren schuilhouden, kan hun extra massa dit effect deels verklaren, aldus Bellinger.

Kosmoloog Paulo Montero-Camacho van de Tsinghua-universiteit in China wijst er echter op dat een grote aanname in dit werk nog bewezen moet worden, namelijk dat sterren überhaupt zwarte gaten kunnen vasthouden. ‘Het is moeilijk voor een ster om een zwart gat uit de oerknaltijd te vangen, omdat ze zo klein zijn en zo snel bewegen’, zegt hij.