De James Webb-telescoop heeft een bijzonder zwart gat ontdekt, genaamd LID-568. Wat het zo speciaal maakt, is de snelheid waarmee het zich voedt met materie. Die overschrijdt namelijk maar liefst veertig keer de Eddington-limiet.
Dit is de maximale lichtkracht die een zwart gat kan bereiken. Als een object een lichtkracht heeft die groter is dan deze waarde, krijgt stralingsdruk de overhand boven de gasdruk en wordt bijvoorbeeld een ster uit elkaar geblazen. De aantrekkingskracht naar binnen en de naar buiten gerichte druk van de opgehoopte, vallende materie blijven door de Eddington-limiet in balans.
Theoretisch onmogelijk
Maar dat is bij LID-568 dus niet het geval, iets wat theoretisch niet voor mogelijk werd gehouden. “Dit zwarte gat houdt een feestmaal”, reageert onderzoeker Julia Scharwächter, astronoom bij het International Gemini Observatory. “Dit extreme geval toont aan dat een waarde boven de Eddington-limiet een van de mogelijke verklaringen is voor waarom we zulke zware zwarte gaten al zo vroeg in het universum zien.”
Superzware zwarte gaten bevinden zich in het centrum van de meeste sterrenstelsels en moderne telescopen blijven ze waarnemen in verrassend vroege stadia van de evolutie van het universum. Het was tot nu toe moeilijk te begrijpen hoe deze zwarte gaten zo snel zo groot konden worden. Maar door de ontdekking van LID-568 dat zich op extreme snelheid voedt, slechts 1,5 miljard jaar na de Oerknal, wordt nu meer duidelijk over deze snelgroeiende zwarte gaten in het vroege universum.
James Webb biedt uitkomst
De James Webb Space-telescoop (JWST) deed een steekproef van sterrenstelsels en ontdekte zo LID-568. Die viel op door zijn intense röntgenstraling, maar de exacte positie kon niet worden vastgesteld op basis van alleen de röntgenwaarnemingen. Daarom werd de spectrograaf van JWST gebruikt. Dit instrument kan een spectrum krijgen voor elke pixel in het gezichtsveld van het instrument in plaats van enkel een smalle doorsnede. “Door de zwakke aard van LID-568 zou detectie zonder JWST onmogelijk zijn geweest. Het gebruik van de spectrograaf was innovatief en noodzakelijk voor onze waarneming”, zegt astronoom Emanuele Farina.
Snelle accretie
Het team, wier studie in Nature verscheen, kon zo een volledig beeld krijgen van het zwarte gat en het omliggende gebied. Dat leidde tot de onverwachte ontdekking van krachtige uitstoten van gas rond het centrale zwarte gat. De snelheid en omvang van deze uitstroom deden vermoeden dat een substantieel deel van de massatoename van LID-568 mogelijk plaatsvond tijdens een enkele snelle accretie-episode. Accretie is het proces waarbij materie samentrekt, zodat vele kleine deeltjes een aantal grotere vormen. Daarbij komt een enorme hoeveelheid energie vrij. Op deze manier kunnen sterren en planeten ontstaan. Dit zou dus ook gebeurd zijn bij LID-568. “Dit toevallige resultaat voegde een nieuwe dimensie toe aan ons begrip van het systeem en biedt spannende mogelijkheden voor verder onderzoek”, aldus een andere onderzoeker.
Een overdrukventiel
Het leert astronomen meer over de vorming van superzware zwarte gaten uit kleinere zwarte gaten, die volgens huidige theorieën ontstaan uit de dood van de eerste sterren in het universum of de directe ineenstorting van gaswolken. Tot nu toe kon deze theorie echter niet worden bevestigd met waarnemingen. Daar heeft de JWST nu verandering in gebracht. “De ontdekking van een zwart gat met een zogenoemde super-Eddington-accretie wijst uit dat een aanzienlijk deel van de groei van een zwart gat kan plaatsvinden tijdens een enkele episode van snelle voeding, ongeacht waar het zwarte gat uit voortkwam”, klinkt het.
Maar de ontdekking van LID-568 laat vooral zien dat het mogelijk is dat een zwart gat zijn Eddington-limiet overschrijdt en biedt astronomen voor het eerst de kans om te bestuderen hoe dit gebeurt. Het is mogelijk dat de krachtige uitstroom die is waargenomen in LID-568 fungeert als een soort overdrukventiel voor de overtollige energie die door de extreme accretie wordt gegenereerd, waardoor het systeem niet te instabiel wordt. Om dergelijke mechanismen verder te onderzoeken, zijn al vervolgwaarnemingen met de JWST gepland.
