Zwarte gaten zijn overal te vinden. Het is zelfs zo erg dat er tientallen miljoenen stellaire zwarte gaten in de Melkweg rond dwarrelen. De veel zwaardere intermediaire zwarte gaten kunnen al snel een slordige honderd duizend keer zo zwaar zijn als de Zon. Astronomen onderzochten hoeveel van dit soort gigantische zwervende zwarte gaten er in de Melkweg aanwezig zijn.

Waar komen intermediaire zwarte gaten vandaan?

Hoe intermediaire zwarte gaten precies vormen is nog onbekend. Wel wordt gedacht dat deze veel voorkomen in mini versies van de Melkweg. Een groot sterrenstelsel als de Melkweg kan meerdere van dit soort kleine sterrenstelsels om zich heen hebben draaien.

De kleine stelsels hebben een groot probleem als ze te dicht in de buurt, of zelfs door de Melkweg heen, komen. De veel grotere zwaartekracht van de Melkweg trekt het kleinere systeem helemaal uit elkaar. Het zwarte gat in het midden van het kleine systeem blijft vervolgens met honderden sterren die dicht om het gat heendraaien over. Het is nu een van de vele zwervende zwarte gaten geworden. Wat dit zwervende zwarte gat onderscheidt is dat het veel vriendjes in de vorm van sterren heeft overgehouden aan de botsing.

Dit soort groepen hebben nog een speciale naam ook. Ze heten namelijk hypercompacte stellaire clusters, dit komt omdat deze systemen maar een paar lichtjaar groot zijn. In vergelijking is de Melkweg 20.000 lichtjaar in diameter. Een hypercompacte stellaire cluster van een paar lichtjaar is hier niet in te onderscheiden.

structuur Melkweg
De structuur van de Melkweg en waar wij ons hierin bevinden. Credit: NASA (links) en ESA (rechts)

Hoe kunnen zwervende zwarte gaten worden gevonden?

Om te kijken of er hypercompacte stellaire clusters te vinden zijn in de Melkweg, maakte astronomen een model. Hierin werd beschreven hoe zo´n soort systeem eruit moet zien, hoe zien de sterren eruit, hoe oud moeten ze zijn en hoe dicht moeten ze bij elkaar in de buurt zitten.

Na het model te hebben gemaakt, kwamen ze bij de ruimtetelescoop GAIA terecht. De GAIA telescoop, gemaakt door ESA, heeft een map gemaakt van miljarden sterren in ons zonnestelsel. In de map staan bijvoorbeeld de posities, bewegingen en afstanden van sterren. Door deze data te vergelijken met het model van de astronomen, zijn een kleine honderd kandidaten naar voren gekomen.

GAIA zelf kan geen zwakke objecten waarnemen. De astronomen wisten dus niet of deze objecten echt hypercompacte stellaire clusters zijn. Om die reden keken ze naar gegevens van het ´DECam Legacy Project´ waar veel zwakkere sterren ook waargenomen kunnen worden.

Van de 86 kandidaten gevonden door DECam en GAIA bleken er wel 0 een hypercompacte stellaire cluster te zijn. Wat een ongelukkig resultaat… Geen één van de kandidaten bleek te voldoen aan de criteria. De leeftijd van de sterren is niet gelijk, wat wel zou moeten omdat ze van dezelfde plek komen, of het afgegeven licht van de sterren is niet hoe het hoort, wat ook één van de criteria is.

Zijn er wel intermediaire gaten in de Melkweg?

Misschien is het wel goed dat er niet overal zwervende intermediaire zwarte gaten zijn. Dan worden wij minder snel in contact gebracht met dit soort desastreuze objecten. Echter is het voor de astronomie wel een grote teleurstelling. Het model voorspelde namelijk dat er ongeveer 100 hypercompacte clusters gevonden kunnen worden. Er is dus iets mis.

Maar er is nog hoop. Het kan zo zijn dat de clusters simpel weg over het hoofd zijn gezien. Of misschien zijn de verkeerde kandidaten uitgekozen. Dit ligt dan vooral aan het model. De kandidaten zijn namelijk gekozen gebaseerd op het model. Misschien zorgde het model ervoor dat de verkeerde criteria naar boven kwamen.

Misschien zijn alle sterren simpel weg gewoon van het zwarte gat weggeschoten. Het intermediaire zwarte gat trekt via gravitatie dan stellaire zwarte gaten aan. Zware objecten blijven namelijk liever bij elkaar terwijl lichte objecten worden weggeschopt. Een hoopje zwarte gaten is, zoals de naam al doet vermoeden, helemaal zwart. Ze zijn dus niet op te sporen.

Een andere verklaring kan zijn dat dwergsterrenstelsels helemaal geen zware zwarte gaten bezitten. De lichtere zwarte gaten verliezen bij een botsing de omdraaiende sterren waardoor er gewoonweg geen hypercompcte stelsels voorkomen.

De zoektocht naar hypercompacte stellaire stelsels gaat door

Wellicht is de huidige technologie niet ver genoeg om deze intermediaire stelsels te vinden. Nieuwe telescopen als Euclid en Nancy Grace Roman Telescope kunnen meer geluk hebben met het vinden van dit soort systemen.

Het helpt ook om alle mogelijk compacte clusters in de Melkweg te identificeren. Hieronder vallen ook clusters van sterren. We weten dat dit soort clusters bestaan. Neem bijvoorbeeld de bolvormige sterrenhoop Omega Centauri. Deze sterrenhoop op 16.000 lichtjaar afstand bevat wel 10 miljoen sterren.

Omega Centauri bevat wellicht zwervende zwarte gaten in zijn midden
Afbeelding van 100.000 sterren in Omega Centauri. Credit: NASA

Het is aannemelijk dat er honderden zo niet duizenden intermediaire zwarte gaten om het centrum van de Melkweg draaien. Wie weet hoeveel zwervende zwarte gaten er wel niet zijn. Het enige wat we nu nog moeten doen is manieren vinden om deze te detecteren. En als er helemaal geen zwervende zwarte gaten blijken te bestaan geeft dit aan dat er natuurkunde bestaat die we nog niet begrijpen. Dit op zichzelf is weer heel erg interessant.

Zweven superzware zwarte gaten rond in de Melkweg?

Superzware zwarte gaten zijn normaal alleen in het centrum van een sterrenstelsel te vinden. Deze giganten, die miljarden keren zo zwaar zijn als de Zon, vormen de basis van een sterrenstelsel. Uit nieuw onderzoek blijkt dat in de omgeving van de Melkweg deze reuzen 10% van alle massa van zwarte gaten veroorzaken. In de buitenste laag van de Melkweg zouden er zomaar 12 van dit soort enorme zwarte gaten aanwezig kunnen zijn. Of is dit toch het mysterieuze donkere materie?

Hoe komen superzware zwarte gaten in de Melkweg terecht

Het is niet normaal dat er zomaar zoveel zwarte gaten in de Melkweg zwerven. Er moet hier een bron voor zijn. Dit kan dezelfde zijn als de bron voor intermediaire zwarte gaten. Een botsing met een ander sterrenstelsel kan ervoor zorgen dat het gigantisch zwarte gat uit het stelsel wordt geschopt.

De Melkweg heeft tijdens zijn leven heel veel botsingen met andere sterrenstelsels meegemaakt. De los geschopte zwarte gaten kunnen met elkaar zijn gaan fuseren tot een steeds groter zwart gat. Sommige hiervan worden opgeslokt door het centrum van de Melkweg, en andere blijven in de buitenste laag van de Melkweg zwerven.

De volgende stap is het zoeken naar deze reuzen. Dit allemaal in de hoop om er in de nabije toekomst één te observeren. Maar laten we hopen dat ze niet te dicht bij de Aarde komen.

Wil je weten waarom sterrenstelsels zonder zwart gat zo bijzonder zijn, lees dan het volgende artikel:
Waarom sterrenstelsels zonder zwart gat bijzonder zijn