Wat is donkere materie? Hoe ontstaan ​​superzware zwarte gaten? Primordiale zwarte gaten zouden het antwoord kunnen zijn op deze al lang bestaande vraag. Leidse en Chinese kosmologen hebben een nieuwe manier gevonden waarop deze hypothetische objecten direct na de oerknal zouden kunnen worden geproduceerd. Hun onderzoek is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

In hun zoektocht om het universum te begrijpen, wetenschappers worden geconfronteerd met enkele grote onopgeloste puzzels. Bijvoorbeeld, sterren bewegen rond sterrenstelsels alsof er vijf keer meer massa aanwezig is dan waargenomen. Waaruit bestaat deze donkere materie? En nog een raadsel:sterrenstelsels herbergen enorme zwarte gaten in hun kernen, met een gewicht van miljoenen zonsmassa's. In jonge sterrenstelsels ingestorte sterren hadden niet genoeg tijd om zo groot te worden. Hoe zijn deze zogenaamde superzware zwarte gaten ontstaan?

Kosmologen hebben een hypothetische oplossing voorgesteld die een van beide raadsels zou kunnen oplossen. Primordiale zwarte gaten, ontstond kort na de oerknal, hebben het vermogen om ofwel klein te blijven of snel massa te krijgen. In het eerste geval, ze zijn kandidaten voor donkere materie. In het laatste geval, ze zouden kunnen dienen als zaden voor superzware zwarte gaten. Kosmoloog Dong-Gang Wang van de Universiteit Leiden en zijn Chinese collega's Yi-Fu Cai, Xi Tong en Sheng-Feng Yan van de USTC University hebben gerapporteerd over een nieuwe manier waarop oer-zwarte gaten rond de tijd van de oerknal gevormd zouden kunnen zijn.

Na de oerknal, het universum bevatte kleine verstoringen van de dichtheid veroorzaakt door willekeurige kwantumfluctuaties. Deze zijn groot genoeg om sterren en sterrenstelsels te vormen, maar te klein om op eigen kracht uit te groeien tot oerzwarte gaten. Wang en zijn medewerkers hebben een nieuw resonantie-effect ontdekt dat oer-zwarte gaten mogelijk maakt door bepaalde verstoringen selectief te versterken. Dit leidt tot de voorspelling dat alle oerzwarte gaten ongeveer dezelfde massa zouden moeten hebben. De smalle pieken in figuur 1 laten een reeks mogelijke massa's zien als gevolg van de resonantie.

levensvatbaar model

"Andere berekeningen hebben verschillende manieren om verstoringen te verbeteren, maar tegen problemen aanlopen ", zegt Wang. "We gebruiken resonantie tijdens inflatie, toen het heelal kort na de oerknal exponentieel groeide. Onze berekeningen zijn eenvoudig genoeg om ermee aan de slag te kunnen. In werkelijkheid, het mechanisme kan ingewikkelder zijn, maar dit is een begin. De smalle pieken die we krijgen zijn inherent aan het mechanisme, omdat het resonantie gebruikt."