Dankzij het Dark Energy Spectroscopic Instrument hebben onderzoekers een schat aan actieve zwarte gaten in dwergstelsels onthuld. En tot ieders verbazing blijken er verrassend weinig van tussenliggende massa te zijn.
Misschien heb je weleens van het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) gehoord. DESI is een geavanceerd instrument dat in staat is om licht van maar liefst 5000 sterrenstelsels tegelijkertijd vast te leggen. Met dit instrument gingen onderzoekers op zoek naar zwarte gaten die zich in het hart van dwergstelsels ophouden. En de bevindingen zijn indrukwekkend.
DESI is gemonteerd op de Nicholas U. Mayall 4-meter telescoop van de U.S. National Science Foundation (NSF) op de NSF Kitt Peak National Observatory, een programma van NSF NOIRLab. Het programma bevindt zich momenteel halverwege het vierde jaar van vijf waarin het de hemel in kaart brengt. Tegen het einde van het project zal DESI naar verwachting ongeveer 40 miljoen stelsels en quasars hebben waargenomen.
De verzamelde gegevens van DESI bevatten de spectra van 410.000 sterrenstelsels, waaronder zo’n 115.000 dwergstelsels – kleine, diffuse stelsels met duizenden tot miljarden sterren en weinig gas. Dankzij deze uitgebreide set konden de onderzoekers de complexe relatie tussen de evolutie van zwarte gaten en de ontwikkeling van dwergstelsels onderzoeken.
Zwarte gaten
Daar gaan we even dieper op in. Hoewel astrofysici er redelijk zeker van zijn dat grote sterrenstelsels, zoals onze Melkweg, zwarte gaten in hun centra hebben, wordt het ingewikkelder naarmate je naar kleinere stelsels kijkt. Zwarte gaten vinden is al lastig, maar het identificeren van deze objecten in dwergstelsels is nog moeilijker door hun kleine formaat en de beperkte kracht van onze huidige instrumenten om de regio’s dichtbij deze zwarte gaten te onderscheiden.
Voedend zwart gat
Een actief voedend zwart gat is echter makkelijker op te merken. “Wanneer een zwart gat in het centrum van een stelsel begint te voeden, komt er enorm veel energie vrij, wat het zwart gat verandert in wat we een ‘actieve galactische kern’ noemen”, legt onderzoeker Ragadeepika Pucha van de Universiteit van Utah uit. “Deze intense activiteit werkt als een lichtbaken, waardoor we verborgen zwarte gaten in deze kleine stelsels kunnen opsporen.”
2500 dwergstelsels
In de nieuwe studie gingen de onderzoekers op zoek naar deze actieve galactische kernen in het hart van dwergstelsels. En met succes. In totaal stuitten ze op maar liefst 2500 dwergstelsels die een actieve galactische kern bevatten: de grootste verzameling die ooit is ontdekt.
DESI’s ontwerp
Het percentage dwergstelsels met een actieve galactische kern (2%) is aanzienlijk hoger dan in eerdere studies (ongeveer 0,5%), wat een opwindend resultaat is. Dit suggereert dat wetenschappers een groot aantal onontdekte zwarte gaten met lage massa eerder hebben gemist. “Het technologische ontwerp van DESI was cruciaal voor dit project”, stelt co-auteur Stephanie Juneau. “We konden hierdoor beter inzoomen op het centrum van stelsels. Bij andere spectrografen komt er vaak meer sterlicht van de buitenranden van het stelsel binnen, waardoor de signalen die we zoeken verwateren. Dit verklaart waarom we in dit onderzoek een groter aantal actieve zwarte gaten hebben gevonden dan in eerdere pogingen.”
Tussenliggende massa
In een aparte analyse van de DESI-gegevens ontdekte het team maar liefst 300 mogelijke zwarte gaten van tussenliggende massa – de grootste verzameling die ooit is gevonden. Zwarte gaten vallen doorgaans in twee categorieën: kleine (minder dan 100 keer de massa van de zon) of supermassieve (meer dan één miljoen keer de massa van de zon). De tussenliggende varianten zijn echter slecht begrepen. Astronomen denken dat deze zwarte gaten de overblijfselen kunnen zijn van de eerste zwarte gaten die in het vroege universum ontstonden. Daarnaast worden ze gezien als de voorlopers van de enorme zwarte gaten die nu in het centrum van grote sterrenstelsels liggen. Tot voor kort waren ze echter moeilijk te vinden; er waren slechts zo’n 100-150 kandidaten bekend. Maar dankzij de grote verzameling die DESI heeft ontdekt, beschikken wetenschappers nu over een krachtige nieuwe dataset om deze kosmische mysteries verder te onderzoeken.
Opmerkelijk
Het onderzoek leidt echter ook tot een opmerkelijke ontdekking. Gewoonlijk wordt verwacht dat de zwarte gaten in dwergstelsels van tussenliggende massa zijn. Maar verrassend genoeg blijken slechts 70 van de onlangs ontdekte mogelijke zwarte gaten van tussenliggende massa ook te behoren tot de actieve galactische kernen in dwergstelsels. Dit maakt de bevindingen nog spannender en roept vragen op over hoe zwarte gaten zich ontwikkelen binnen stelsels. “Is er bijvoorbeeld een verband tussen de manier waarop zwarte gaten ontstaan en de types stelsels waarin ze zich bevinden?” Vraagt Pucha zich hardop af. “De grote verzameling nieuwe kandidaten biedt ons de kans om deze mysteries verder te onderzoeken en ons inzicht in zwarte gaten en hun belangrijke rol in de evolutie van sterrenstelsels te verdiepen.”
Al met al hebben onderzoekers nu de grootste groep dwergstelsels met een actief voedend zwart gat en de grootste verzameling mogelijke zwarte gaten van tussenliggende massa ontdekt. Deze dubbele ontdekking vergroot niet alleen ons begrip van de zwarte gaten in het universum, maar opent ook nieuwe deuren voor het onderzoeken van de vorming van de eerste zwarte gaten en hun invloed op de evolutie van sterrenstelsels.
