Het zwarte gat bestond ongeveer 570 miljoen jaar na de oerknal en is, zoals onderzoekers al hadden verwacht, wat aan de kleine kant.
Met behulp van de krachtige James Webb-telescoop hebben onderzoekers wederom een bijzondere ontdekking gedaan. Dit keer hebben ze namelijk het verst verwijderde actieve superzware zwarte gat ooit ontdekt. Maar ondanks zijn duizelingwekkende afstand, kunnen onderzoekers het zwarte gat bijzonder goed bestuderen. “Kijken naar dit verre object met de Webb lijkt veel op het kijken naar gegevens van zwarte gaten die bestaan in sterrenstelsels nabij de onze,” zegt onderzoeker Rebecca Larson. “Er zijn zoveel spectraallijnen om te analyseren!”
Kleine kant
Het nieuw ontdekte zwarte gat houdt zich op in het sterrenstelsel CEERS 1019, dat zo’n 570 miljoen jaar na de oerknal bestond. Wat opvalt, is dat het zwarte gat enigszins aan de kleine kant is. Zo weegt het ‘slechts’ negen miljoen zonmassa’s. Daarmee is het een stuk minder massief dan enig ander exemplaar dat tot nu toe in het vroege universum is gespot. Die kolossen wegen doorgaans meer dan 1 miljard keer de massa van de zon en zijn gemakkelijker te detecteren omdat ze veel helderder zijn. Het zwarte gat in CEERS 1019 lijkt meer op het zwarte gat dat zich in het centrum van ons Melkwegstelsel bevindt en ongeveer 4,6 miljoen zonmassa’s weegt.
Vorming
Kortom, het nieuw ontdekte exemplaar is dus klein van stuk en is ook nog eens veel ouder dan andere ontdekte zwarte gaten. Onderzoekers begrijpen dan ook nog niet helemaal hoe dit zwarte gat zo kort na het ontstaan van het heelal is gevormd. Astronomen weten al wel langer dat er vroeg in het universum kleinere zwarte gaten moeten hebben bestaan. Maar pas sinds de lancering van James Webb konden ze actief naar dergelijke fenomenen op jacht. “Tot nu toe was onderzoek naar objecten in het vroege universum grotendeels theoretisch,” zegt onderzoeksleider Steven Finkelstein. “Met Webb kunnen we niet alleen zwarte gaten en sterrenstelsels op extreme afstanden zien, we kunnen ze nu ook nauwkeurig meten. Dat is de enorme kracht van deze telescoop.”
Gas en stervorming
Dankzij Webb heeft het team tevens kunnen ontwarren welke emissies in het spectrum afkomstig zijn van het zwarte gat en welke afkomstig zijn van zijn moederstelsel. Ze konden bovendien vaststellen hoeveel gas het zwarte gat opslokt en hoe snel er in het sterrenstelsel nieuwe sterren worden gevormd. En het lijkt erop dat het zwarte gat zoveel mogelijk gas verorberd als hij op kan, terwijl er tegelijkertijd een boel nieuwe sterren in het stelsel het levenslicht zien. Om dit te verklaren, wendden de onderzoekers zich tot de door Webb vervaardigde beelden. Visueel ziet CEERS 1019 eruit als drie heldere klonten, niet als een enkele ronde schijf. “We zijn niet gewend om op deze afstand zoveel structuur in beelden te zien,” zegt onderzoeker Jeyhan Kartaltepe. “Een samensmelting van sterrenstelsels zou gedeeltelijk verantwoordelijk kunnen zijn voor de activiteit van het zwarte gat – en dat zou tevens tot meer stervorming kunnen leiden.”
Andere ontdekkingen
Naast het zwarte gat in CEERS 1019, ontdekte de onderzoekers ook nog twee andere kleine zwarte gaten die 1 miljard en 1,1 miljard na de oerknal bestonden. De eerste houdt zich op in CEERS 746 en heeft een heldere accretieschijf (een ring bestaande uit gas en stof die het zwarte gat omringt) die door een dik pak stof enigszins aan het zicht wordt onttrokken. “Het centrale zwarte gat is zichtbaar, maar de aanwezigheid van stof suggereert dat het zich in een sterrenstelsel bevindt dat ziedend sterren aan het wegpompen is,” legt teamlid Dale Kocevski uit. Het andere zwarte gat, dat zich ophoudt in CEERS 2782, heeft geen stof dat het zicht vertroebelt, waardoor de onderzoekers onmiddellijk konden bepalen wanneer het zwarte gat in de geschiedenis van het universum bestond. Net als het zwarte gat in CEERS 1019 zijn ook deze twee andere nieuw beschreven exemplaren ‘lichtgewichten’. Zo wegen ze slechts 10 miljoen zonmassa’s.
Vóór James Webb
Dat onderzoekers nu drie nieuwe zwarte gaten in het vroege universum hebben ontdekt, is een grote stap voorwaarts. Vóór de komst van James Webb waren deze alle drie namelijk te zwak om te detecteren. “Met andere telescopen lijken deze fenomenen op gewone, stervormende sterrenstelsels, niet op actieve, superzware zwarte gaten,” merkt Finkelstein op. Dankzij de gevoelige spectra van Webb konden de onderzoekers ook nauwkeurig de afstand tot, en de leeftijd van, sterrenstelsels in het vroege heelal in kaart brengen. Dit leidde tot de ontdekking van nog eens elf sterrenstelsels die zo’n 470 miljoen tot 675 miljoen jaar na de oerknal bestonden.
Opmerkelijk
Niet alleen zijn deze sterrenstelsels extreem ver weg, het feit dat er zoveel heldere sterrenstelsels zijn ontdekt, is opmerkelijk. Onderzoekers dachten namelijk dat Webb op dergelijke afstanden minder sterrenstelsels zou vinden. Maar niets blijkt minder waar. Deze sterrenstelsels vormen snel sterren, maar zijn nog niet zo chemisch verrijkt als sterrenstelsels die veel dichter bij huis staan. “Ik ben overweldigd door de hoeveelheid zeer gedetailleerde spectra van verre sterrenstelsels die Webb naar de aarde heeft gestuurd,” zegt onderzoeker Arrabal Haro. “Deze gegevens zijn absoluut ongelooflijk.”
Met deze bevindingen heeft de James Webb-telescoop zijn waarde wederom bewezen. Van deze telescoop wordt verwacht dat hij heel wat vragen gaat beantwoorden en onze kijk op het universum en de totstandkoming ervan radicaal zal veranderen. En zoals het er nu naar uitziet, ligt de telescoop helemaal op koers om die belofte waar te maken. In de toekomst wordt het waarschijnlijk zelfs dankzij Webb mogelijk om uit te leggen hoe zwarte gaten in de jonge jaren van het universum zijn ontstaan. “Daarnaast zouden onze resultaten, samen met andere verre sterrenstelsels die in de toekomst worden ontdekt, ons begrip van stervorming en evolutie van sterrenstelsels in de kosmische geschiedenis voorgoed kunnen veranderen,” besluit onderzoeker Seiji Fujimoto.
