Zwarte gaten zijn wellicht de bron van de mysterieuze donkere energie

Beeld: Webb-opname van de protocluster PHz G191.24+62.04, zoals deze er elf miljoen jaar geleden uitzag. Alle sterrenstelsels in deze cluster produceerden veel zwarte gaten. (NASA, ESA, CSA, Maria Polletta (INAF), Hervé Dole (Paris), Brenda Frye (UofA), Jordan C. J. D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU))

Op basis van recente gegevens van het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) van de Mayall-telescoop in Arizona (VS) opperen wetenschappers van vijf Amerikaanse instituten, onder wie Rogier Windhorst van Arizona State University, dat er een verband bestaat tussen donkere energie en het aantal zwarte gaten in het heelal.

Bijna 14 miljard jaar geleden, helemaal aan het begin van de oerknal, zorgde een mysterieuze energie ervoor dat het heel jonge heelal in steeds sneller tempo uitdijde. Volgens de meest gangbare theorie over het ontstaan van ons heelal werd tijdens deze zogeheten kosmische inflatie alle bekende materie gevormd.

Deze oude energie vertoonde overeenkomsten met de huidige donkere energie die ruwweg driekwart van alle energie in het heelal voor zijn rekening neemt, en ervoor zorgt dat het huidige heelal steeds sneller uitdijt. Maar astronomen weten nog steeds niet wat donkere energie is. Windhorst en collega’s zoeken de bron ervan nu bij de al bijna even mysterieuze zwarte gaten.

'Kleine omgekeerde oerknal'

‘Als je jezelf de vraag stelt ‘Waar in het latere heelal zien we een zwaartekracht die net zo sterk is als aan het begin van het heelal?’, dan is het antwoord: in het centrum van zwarte gaten,’ zegt Gregory Tarlé, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Michigan en medeauteur van het nieuwe onderzoek. ‘Het is mogelijk dat wat er tijdens de inflatie gebeurde nu in omgekeerde richting verloopt: de materie van zware, uitgeputte sterren verandert tijdens hun ineenstorting tot zwarte gaten weer in donkere energie – als een kleine omgekeerde oerknal.’

‘Als zwarte gaten donkere energie bevatten, kunnen ze zich koppelen aan, en meegroeien met, het uitdijende heelal, waardoor de kosmische uitdijing versnelt’, voegt hoofdauteur Kevin Croker van Arizona State University daaraan toe. ‘We weten niet precies hoe dit gebeurt, maar we zien wel bewijs dát het gebeurt.'

Gegevens van het eerste jaar van het geplande vijf jaar durende onderzoek met DESI wijzen erop dat de dichtheid van de donkere energie in de loop van de tijd is toegenomen. En deze toename is in overeenstemming met de toename van de hoeveelheid en de massa van zwarte gaten.

Op zoek naar bewijs voor donkere energie uit zwarte gaten, heeft het team tientallen miljoenen sterrenstelsels met de vijfduizend ‘robotogen’ van DESI bekeken. Het instrument kan miljarden jaren in het verleden kijken en verzamelt gegevens die kunnen worden gebruikt om met grote precisie te meten hoe snel het heelal uitdijt. Deze gegevens kunnen op hun beurt weer worden gebruikt om te meten hoe de hoeveelheid donkere energie in de loop van de tijd verandert.

De onderzoekers hebben de verzamelde gegevens vergeleken met hoeveel zwarte gaten er bij de dood van zware sterren zijn gevormd. De resultaten wijzen erop dat er een verband bestaat tussen beide verschijnselen: toen er nieuwe zwarte gaten ontstonden bij de dood van zware sterren, nam de hoeveelheid donkere energie in het heelal in gelijke mate toe. Volgens de onderzoekers maakt dit het aannemelijk dat zwarte gaten bronnen van donkere energie zijn.