Analyse Zwaartekrachtsgolven Bevestigt Bestaan Pair-Instabiliteit Supernovae

Een recente analyse van samensmeltende zwarte gaten, gedetecteerd via zwaartekrachtsgolven, heeft sterk bewijs geleverd voor het bestaan van de theoretisch voorspelde pair-instabiliteit supernovae. Deze cruciale bevinding, gepubliceerd in het tijdschrift Nature op 1 april 2026, lost een langlopende vraag op over de levenscyclus van de meest massieve sterren in het universum. Het onderzoek werd geleid door een internationaal team met prominente onderzoekers van Monash University, waaronder promovendus Hui Tong, Professor Maya Fishbach van de Universiteit van Toronto en het Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA), en Professor Eric Thrane, Hoofdonderzoeker bij OzGrav.

De kern van de ontdekking ligt in het observeren van een duidelijke leemte, of 'verboden bereik', in de massa's van de samensmeltende zwarte gaten, met name gericht op het kleinere object in de paren. Sleutelgegevens wijzen uit dat zwarte gaten met massa's groter dan 45 keer de massa van de Zon zeldzaam zijn, omdat hun progenitorsterren waarschijnlijk explodeerden als pair-instabiliteit supernovae. Professor Fishbach, die ook lid is van de LIGO Scientific Collaboration, merkte op dat deze bevindingen indirect bewijs leveren voor deze titanische kosmische explosies, terwijl tegelijkertijd wordt bevestigd dat zwarte gaten groeien door herhaalde fusies.

De wetenschappelijke vraag die centraal stond, was hoe de zwaarste sterren hun leven beëindigen: door in een zwart gat in te storten of volledig te exploderen. Hui Tong concludeerde dat de data aantonen dat er geen stellaire zwarte gaten zijn in het verboden massabereik, omdat de progenitorsterren de fase van pair-instabiliteit supernovae hebben doorlopen. Dit proces, dat voor het eerst werd voorspeld in de jaren zestig, houdt in dat de ster zo massief is dat de productie van elektron-positronparen in de kern leidt tot een explosie die de ster volledig uiteenrijt, zonder compact overblijfsel.

Professor Thrane benadrukte de waarde van deze bevindingen, stellende dat het een 'cool resultaat' is omdat men door het bestuderen van zwarte gaten nu inzicht krijgt in de nucleaire reacties binnen sterren. De analyse is robuust, aangezien deze steunt op observationele data van het LIGO-Virgo-KAGRA observatoriumnetwerk, wat een complexe astrofysische theorie valideert. Bovendien bevestigt Professor Fishbach dat de bevindingen aantonen dat zwarte gaten, eenmaal gevormd, kunnen toenemen in massa door opeenvolgende fusies, wat de rol van hiërarchische fusies in de groei van zwarte gaten onderstreept.

Eerdere theoretische modellen suggereerden dat zwarte gaten met een kernmassa tussen ongeveer 50 en 130 zonsmassa's niet gevormd konden worden via directe stellaire instorting vanwege dit paar-instabiliteitseffect. De huidige waarnemingen, met een lagere grens van de kloof vastgesteld op 45,3 zonsmassa's, verfijnen deze theoretische grenzen. De bevindingen suggereren de aanwezigheid van twee populaties zwarte gaten: een laag-spin groep die overeenkomt met directe stellaire instorting, en een hoog-spin, isotrope groep die het massabereik bezet en consistent is met hiërarchische fusies, mogelijk gevormd in dichte sterrenhopen. Dit onderzoek, dat voortbouwt op eerdere waarnemingen zoals GW190521, versterkt het idee dat zware zwarte gaten via dynamische processen in drukke omgevingen kunnen ontstaan.