Simon Portegies Zwart van de Universiteit van Amsterdam en collega’s uit de V.S. en Japan concluderen dit uit simulaties met ‘s werelds snelste computer, GRAPE-6, die waarnemingen van dit fenomeen door optische en röntgen-telescopen onderbouwen. Middelzware zwarte gaten – waarvan het bestaan nog steeds omstreden is – zouden de ’missing link’ vormen tussen zwarte gaten die ontstaan bij het ineenstorten van een normale ster (slechts enkele zonsmassa’s zwaar) en de superzware zwarte gaten (een miljoen tot een miljard zonsmassa’s) die in het centrum van sterrenstelsels voorkomen.
Artistieke weergave van een jonge stercluster, waar in het centrum twee sterren botsen.
Als de computersimulaties echt overeenkomen met wat gebeurt in zo’n jonge stercluster, slaat dat twee vliegen in een klap: het verklaart de uitzonderlijke helderheid van de rontgen-bron in het centrum, en geeft een mechanisme waardoor zwarte gaten kunnen uitgroeien tot reuzenexemplaren van miljoenen zonsmassa’s.
De jonge, drukke sterclusters waarop de simulaties betrekking hebben zijn een recent ontdekte klasse van objecten, waarvoor Portegies Zwart de naam YoDeC introduceert (Young Dense Cluster). Een YoDeC bevat een groot aantal sterren die maar een paar miljoen jaar oud zijn, astronomisch gesproken zeer pril. Het startpunt voor de simulaties met de Japanse supercomputer GRAPE-6 vormde de recente waarneming met de Chandra satelliet van een zeer intense röntgen-bron in een stercluster in het sterrenstelsel M82, en optische opnamen met de Hubble- Keck en Subaru-telescoop.
De GRAPE-6 supercomputer, speciaal gebouwd voor astronomische simulaties.
Het internationale team van onderzoekers gebruikte twee onafhankelijk ontwikkelde simulatie-programma’s (Starlab en NBODY4) om het gedrag van dergelijke sterrenhopen te simuleren en kregen kwalitatief dezelfde uitkomsten. Beide programma’s berekenen de baanbeweging en de ‘levensgeschiedenis’ van 600.000 individuele sterren, met als resultaat een sterrenhoop met de waargenomen eigenschappen en in het centrum een zwart gat van 800 tot 3000 zonsmassa’s.
Het zwarte gat ontstond door een reeks opeenvolgende botsingen tussen sterren. Zo’n uit de hand lopende kettingbotsing blijkt alleen op te treden bij overschrijding van een kritische bevolkingsdichtheid, die ligt op een miljoen maal de ster-dichtheid in de omgeving van de zon. Door frequente botsing en samensmelting van sterren ontstaat dan een centrale ster van een enorme omvang, die te groot is om lang te kunnen voortbestaan, en die ineen stort tot een middelzwaar zwart gat. De gedetailleerde computer-simulaties tonen aan dat dit proces zeer snel verloopt, binnen vier miljoen jaar na het ontstaan van de YoDeC.
De felle röntgen-straling uit het centrum van de cluster wordt opgewekt door gas,stof en wellicht complete sterren die later in het zwarte gat vallen. De straling is zelfs zo fel, dat die niet afkomstig kan zijn van een ‘gewoon’ zwart gat met veel kleinere afmetingen.