Galactische kernen wemelen van de zwarte gaten. Eerder dit jaar, In het centrum van de Melkweg werden 12 dubbelsterren van röntgenstraling ontdekt, wat erop suggereerde dat zich in dat gebied duizenden zwarte gaten zouden kunnen verbergen. Een recente studie toont aan dat deze stellaire zwarte gaten naar verwachting in een schijf rond het centrale superzware zwarte gat zullen draaien.

Waarnemingen tonen aan dat de centra van de meeste sterrenstelsels een superzwaar zwart gat herbergen. De immense zwaartekracht van deze objecten zorgt ervoor dat binnen enkele lichtjaren een dichte populatie van miljoenen sterren en enkele duizenden stellaire zwarte gaten worden verzameld. Astrofysici simuleerden de interacties van sterbanen in deze regio's en ontdekten dat de zwarte gaten zich vestigen in voorheen onverwachte structuren. De resultaten laten zien dat de meer massieve objecten van de stellaire populatie een dikke schijfstructuur vormen rond het superzware zwarte gat in galactische kernen.

"Eerder werd gedacht dat de banen van zowel lichte als massieve stellaire objecten isotroop rond het superzware zwarte gat zijn verdeeld. We begrijpen nu dat massieve sterren en zwarte gaten typisch uit elkaar vallen in een schijf, " zei Ákos Szölgyén van de Eötvös Universiteit, Hongarije, wie leidde de studie die in het tijdschrift is gepubliceerd? Fysieke beoordelingsbrieven .

Szölgyén en zijn Ph.D. adviseur Bence Kocsis bij Eötvös University, Hongarije, een belangrijk bijkomend effect in hun simulatie opgenomen, namelijk vectorresonante relaxatie. Dit effect vertegenwoordigt een kleine component van het zwaartekrachtskoppel tussen de in een baan om de aarde draaiende objecten, dat zich in de loop van miljoenen jaren ophoopt en dominant wordt over lange tijdschalen. Als gevolg daarvan draaien de baanvlakken van objecten rond het superzware zwarte gat langzaam.

"In tegenstelling tot een zwerm bijen rond een bijenkorf, sterren vliegen op een meer geordende manier rond in het galactische centrum:langs voorafgaande elliptische banen, elk beperkt tot een vliegtuig, respectievelijk. De interacties tussen dergelijke vlakke banen veranderen langzaam hun oriëntaties over miljoenen jaren, " legde Bence Kocsis uit.

Onderzoekers simuleerden de interacties van stellaire banen in nucleaire sterclusters gedurende de kosmische geschiedenis sinds hun vorming.

“Volgens onze huidige kennis, kernsterrenhopen kunnen zich op twee verschillende manieren vormen. De eerste suggereert dat gas naar het centrum van de Melkweg vloog en in situ sterren rond het superzware zwarte gat vormde. Het andere model gaat ervan uit dat oude bolvormige sterrenhopen in een spiraal naar het galactische centrum dreven waar de getijdenkrachten van het superzware zwarte gat ze uit elkaar scheurden en het centrale gebied bevolkten met hun stellaire inhoud. Het is waarschijnlijk dat beide processen even belangrijk waren bij de vorming van de nucleaire sterrenhoop, " zei Ákos Szölgyén.

Bij beide modellen de eerste stellaire banen vormden schijven rond het centrale superzware zwarte gat. De oriëntatie van deze schijven wordt bepaald door de richting van waaruit het gas of de invallende bolvormige sterrenhopen het centrum naderden. Na verloop van tijd werken deze schijven van sterren op zwaartekracht op elkaar in en de eerdere veronderstelling was dat ze uiteindelijk zouden oplossen. Maar de meer massieve sterren, die uiteindelijk in zwarte gaten veranderen, zinken naar lagere hellingsbanen in de schijf, vergelijkbaar met hoe de meer massieve deeltjes naar de bodem van een container zinken. De natuurkundigen ontdekten dit fenomeen in de simulaties en ontdekten dat de schijven van massieve objecten een lange levensduur kunnen hebben.

"Terwijl het stellaire systeem evolueert om het beschikbare gebied van de ruimte te vullen als een gas in een container, enkele van de bestanddelen ervan, dat wil zeggen de massieve objecten, kan de meest ongeordende sferische verdeling niet bereiken. De gravitatie-interactie tussen hen zorgt ervoor dat deze objecten zich in een staat van lagere entropie vestigen, " legde Bence Kocsis uit. "Dit lijkt erg op het proces van spontane symmetriebreking dat bekend is in de deeltjesfysica en in de fysica van de gecondenseerde materie."

Ze onderzochten ook wat er gebeurt met de lichte en middelzware stellaire objecten in dit gebied. Terwijl de banen van tussenliggende massa-objecten, zoals B-type sterren, vertoonde een kleine hoeveelheid anisotropie, de berekeningen toonden aan dat de lichte objecten, zoals oude hoofdreekssterren zoals de zon, neutronensterren, en witte dwergen gedragen zich fundamenteel anders. De lichte stellaire objecten bereikten in de simulatie een sferische verdeling in de galactische kern. Deze resultaten komen overeen met de waarnemingen van het centrum van de Melkweg in de buurt van het centrale superzware zwarte gat met een bolvormige populatie van oude sterren met een lage massa, een anisotrope verdeling van B-sterren, en een kromgetrokken schijf van jonge massieve sterren.

Hoewel er slechts een dozijn bekende zwarte gatkandidaten zijn in het Galactische Centrum, de onderzoekers concluderen dat de zwarte gaten, die doorgaans zwaarder zijn dan de sterren die zich in de schijf van massieve sterren verbergen.

De ontdekking kan belangrijke implicaties hebben voor het begrip van de stellaire dynamiek van galactische kernen, melkweg evolutie, en de oorsprong van zwaartekrachtsgolven.

"Als duizenden zwarte gaten zich in een schijf rond het centrale superzware zwarte gat bevinden, ze kunnen gezamenlijk de omringende gaswolken vervormen en doorboren in actieve galactische kernen van waaruit zeer energetische uitstromen worden waargenomen. Deze uitstroom kan de grootschalige structuur van het gaststelsel zelfs op duizenden lichtjaren afstand fundamenteel beïnvloeden. " zei Bence Kocsis. "Maar de meest opwindende vraag is of de voorspelde verspreiding van zwarte gatschijven de hoge snelheid van samensmeltingen kan verklaren die worden waargenomen in zwaartekrachtsgolven door LIGO en Virgo."