Zwarte Gaten: geen Vernietigers maar Beschermers

Een artistieke impressie die bipolaire gasstralen laat zien die afkomstig zijn van een supermassief zwart gat in het midden van een sterrenstelsel. Credit: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)

Een studie heeft onthuld dat sterrenstelsels een reguleringsmechanisme bezitten dat lijkt op een hart en longen, waardoor hun groei wordt gecontroleerd door gasabsorptie te beperken.

Dit mechanisme, met een supermassief zwart gat en zijn straalstroomemissies, voorkomt dat sterrenstelsels te snel uitdijen, zorgt voor hun levensduur en voorkomt voortijdige veroudering tot "zombie" sterrenstelsels.

Sterrenstelsels vermijden een vroege dood omdat ze een "hart en longen" hebben die effectief hun "ademhaling" reguleren en voorkomen dat ze buiten controle groeien, suggereert een nieuwe studie.

Als dat niet het geval was, zou het Universum veel sneller verouderen dan het tot nu toe heeft gedaan en zouden we vandaag alleen enorme "zombie" sterrenstelsels zien vol met dode en stervende sterren.

Dat blijkt uit een nieuwe studie gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, die een van de grote mysteries van het Universum onderzoekt - waarom sterrenstelsels niet zo groot zijn als astronomen zouden verwachten.

Er lijkt iets hun enorme potentieel te beperken door de hoeveelheid gas die ze absorberen en omzetten in sterren te beperken, wat betekent dat in plaats van eindeloos te groeien, iets van binnen weerstand biedt tegen wat dacht te zijn de onvermijdelijke zwaartekracht.

Deze clip toont een supersonische straal die een "balgachtige actie" genereert door pulsen van zijn zwarte gat "hart" te ontvangen, waardoor het uitzet en samentrekt "als een met lucht gevulde long," "warme lucht uitademend" (drukgolven) in zijn omgeving. De grafiekassen zijn niet-dimensionale afstandsschalen. Credit: C Richards/MD Smith/Universiteit van Kent

Nu denken astrofysici van de Universiteit van Kent dat ze het geheim hebben ontdekt. Ze suggereren dat sterrenstelsels eigenlijk de snelheid van hun groei kunnen regelen door hoe ze "ademen."

In hun analogie vergeleken de onderzoekers het supermassieve zwarte gat in het midden van een sterrenstelsel met zijn hart en de twee bipolaire supersonische stralen van gas en straling die ze uitstoten met luchtwegen die een paar longen voeden.

Pulsen van het zwarte gat - of "hart" - kunnen ertoe leiden dat straalstroomfronten heen en weer oscilleren langs beide straalassen, zoals het diafragma van de thorax in het menselijk lichaam omhoog en omlaag beweegt in de borstholte om beide longen op te blazen en leeg te laten lopen.

Hierdoor kan de straalenergie op grote schaal worden overgedragen naar het omringende medium, net zoals we warme lucht uitademen, waardoor de gasabsorptie en groei van het sterrenstelsel vertragen.

Twee verschillende voorbeelden van de simulatie van één kant van symmetrische bipolaire stralen, waarbij drukgolven zich verspreiden over het extragalactische medium. Hier worden drukvariaties getoond met behulp van een rood-temperatuurkleurschaal (donker=lage druk, licht=hoge druk). Elke straal komt van links binnen met een druk die snel daalt wanneer het tegen het omringende medium wordt geduwd. De assen zijn niet-dimensionale afstandsschalen. Credit: C Richards/MD Smith/Universiteit van Kent

Doctoraatsstudent Carl Richards kwam met de theorie nadat hij nieuwe, nog nooit eerder geprobeerde simulaties had gemaakt om de rol van supersonische stralen in het remmen van de groei van sterrenstelsels te onderzoeken.

Dit hield in dat het zwarte gat "hart" kon pulseren en de stralen bij hoge druk konden zijn - vergelijkbaar met een vorm van hypertensie, als we de vergelijking met het menselijk lichaam uitbreiden.

Dit veroorzaakte volgens hem dat de stralen "als balgen" werkten, door geluidsgolven uit te zenden "als rimpels op het oppervlak van een vijver."

De fenomenen zijn vergelijkbaar met het aardse equivalent van geluid en schokgolven die worden geproduceerd bij het openen van een fles champagne, het piepen van een auto, raketuitlaten en het doorprikken van onder druk staande behuizingen.

De geluidsgolven (rimpels) in het hete gas dat de Perseus-cluster vult, worden getoond in deze artistieke impressie. Ze worden verondersteld te zijn gegenereerd door holtes die zijn uitgeblazen door stralen van een supermassief zwart gat (helder witte vlek) in het midden van het sterrenstelsel. Credit: NASA/NASA/CXC/M.Weiss

"We realiseerden ons dat er een manier moest zijn voor de stralen om het lichaam - de omringende omgevingsgas van het sterrenstelsel - te ondersteunen, en dat is wat we ontdekten in onze computersimulaties," zei Richards.

"Het onverwachte gedrag werd onthuld toen we de computersimulaties van hoge druk analyseerden en het hart lieten pulseren.

"Dit stuurde een stroom pulsen naar de stralen met hoge druk, waardoor ze van vorm veranderden als gevolg van de balgachtige actie van oscillerende jetfronten."

Deze overgedrukte stralen breidden zich effectief uit "als luchtgevulde longen," zeiden de onderzoekers.

Hierdoor hebben ze geluidsgolven naar het omringende sterrenstelsel overgebracht in de vorm van een reeks drukgolven, die vervolgens werden aangetoond de groei van het sterrenstelsel tegen te gaan.