Onderzoekers hebben een superzware voorloper van een zwart gat ontdekt die bestond toen het universum nog maar een peuter was. En mogelijk is dit object de ontbrekende schakel waar al zo lang naar wordt gezocht.

Met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop hebben astronomen een uniek object ontdekt in het verre, vroege heelal. Het is een bijzondere vondst. Want dit object zou weleens een cruciale schakel kunnen zijn tussen stervormende sterrenstelsels en de opkomst van de eerste superzware zwarte gaten. Opmerkelijk genoeg heeft dit object zich al die tijd onopgemerkt verborgen weten te houden in één van de best bestudeerde stukjes van de nachtelijke hemel.

Mysterie
Eén van de grootste mysteries in de astronomie is hoe superzware zwarte gaten, met miljoenen tot miljarden keren de massa van de zon, zo snel, zo groot konden worden. Heersende theorieën hierover luiden dat superzware zwarte gaten hun leven beginnen in de met stof gehulde kernen van krachtige stervormende sterrenstelsels. Vervolgens verdrijven ze het omringende gas en stof en verschijnen als extreem lichtgevende quasars. Hoewel ze uiterst zeldzaam zijn, zijn er in het vroege heelal dergelijke stoffige, stervormende sterrenstelsels en lichtgevende quasars ontdekt. Maar een snelgroeiend zwart gat dat zich in zo’n stoffig, vroeg stervormend sterrenstelsel ophoudt, was nog niet gevonden.

Wat is een quasar?
Een quasar is het extreem heldere centrum van actieve sterrenstelsels. De gloed die dit centrum genereert ontstaat door de aanwezigheid van een supermassief zwart gat dat omringd wordt door een uit gas en stof opgebouwde accretieschijf. Gas dat vanuit die accretieschijf richting het zwarte gat valt, geeft enorme hoeveelheden energie af (in de vorm van licht en straling).

Tot nu. Want onderzoekers zijn opmerkelijk genoeg in één van de best bestudeerde stukjes nachthemel op een monsterachtige verrassing gestuit. In verzamelde gegevens van ruimtetelescoop Hubble hebben astronomen een bijzonder object gevonden dat ze GNz7q noemen. GNz7q bestond toen het universum nog maar een peuter was, slechts 750 miljoen jaar na de oerknal. En na verdere analyse lijkt het erop dat er nu voor het eerst een snelgroeiend zwart gat dat zich ophoudt in een stoffig, vroeg stervormend sterrenstelsel is gevonden.

Ontbrekende schakel
De onderzoekers vermoeden dit, omdat het mengsel van straling niet alleen kan worden toegeschreven aan stervorming. De beste verklaring is dat het een groeiend zwart gat is, gehuld in stof. Na verloop van tijd zal het zwarte gat uit zijn stoffige ‘cocon’ tevoorschijn komen als een schitterende quasar. Volgens het team zou GNz7q dus weleens de ontbrekende schakel kunnen zijn tussen stoffige, stervormende sterrenstelsels en lichtgevende quasars. “GNz7q zorgt voor een directe verbinding tussen deze twee zeldzame populaties,” zegt onderzoeker Seiji Fujimoto. “Het biedt een nieuwe manier om inzicht te krijgen in de snelle groei van superzware zwarte gaten in de vroege dagen van het heelal. Onze ontdekking is een voorloper van de superzware zwarte gaten die we in latere tijdperken waarnemen.”

Eigenschappen
Hoewel andere interpretaties van de gegevens niet volledig kunnen worden uitgesloten, komen de waargenomen eigenschappen van GNz7q sterk overeen met theoretische voorspellingen. Het gaststelsel van GNz7q vormt sterren met een snelheid van 1600 zonmassa’s per jaar. Daarnaast is het object helder bij UV-golflengten, maar zeer zwak bij röntgengolflengten. En dat is vreemd. Over het algemeen zou de accretieschijf van een massief zwart gat zeer helder moeten zijn in zowel UV- als röntgenlicht. Dat dit nu niet het geval is, suggereert dat de kern van de accretieschijf – waar röntgenstralen vandaan komen – nog steeds verduisterd is, terwijl het buitenste deel van de accretieschijf – waar UV-licht vandaan komt – onbelemmerd is. En dit wijst erop dat GNz7q een snelgroeiend zwart gat is dat nog steeds wordt verduisterd door de stoffige kern van zijn stervormende gaststelsel.

Hubble Ultra Deep Field
Naast het belang van GNz7q voor ons begrip van de oorsprong van superzware zwarte gaten, is de plek waar het object werd ontdekt, opmerkelijk. Zo vonden astronomen GNz7q in het zogenoemde Hubble Ultra Deep Field. Het Hubble Ultra Deep Field is een opname van een klein deel van de hemel, te vinden in het zuidelijke sterrenbeeld Oven. Volgens ESO is het één van de best onderzochte stukjes ruimte dat al met dertien instrumenten van acht verschillende telescopen is bestudeerd op röntgen- tot radiogolflengten.

De rode stip is GNz7q, gevonden in het Hubble Ultra Deep Field. Afbeelding: NASA, ESA, G. Illingworth (University of California, Santa Cruz), P. Oesch (University of California, Santa Cruz; Yale University), R. Bouwens and I. Labbé (Leiden University), and the Science Team, S. Fujimoto et al. (Cosmic Dawn Center [DAWN] and University of Copenhagen)

“GNz7q is een unieke ontdekking die werd gevonden te midden van een beroemd, goed bestudeerd hemelgebied,” zegt onderzoeker Gabriel Brammer. “Dit toont aan dat grote ontdekkingen vlak voor je neus verborgen kunnen liggen. Het is overigens onwaarschijnlijk dat de ontdekking van GNz7q in het relatief kleine bestudeerde onderzoeksgebied ‘dom geluk’ was. Het betekent eerder dat er veel meer soortgelijke objecten bestaan dan gedacht.”