Het zwarte gat bevindt zich op zo’n 13,2 miljard lichtjaar afstand van de aarde en moet kort na de oerknal zijn ontstaan. Het zwarte gat is nog piepjong, maar wel al bizar zwaar; het is zelfs zwaarder dan het sterrenstelsel waar het deel van uitmaakt! En dat is iets wat onderzoekers nog niet eerder hebben gezien.
Aan de ontdekking van dit bijzondere zwarte gat kwamen niet één, maar zelfs twee krachtige telescopen te pas. En zelfs die konden het verre sterrenstelsel en het bijzondere zwarte gat dat daarin resideert, eigenlijk niet op eigen kracht ontdekken, zo is in het blad Nature Astronomy te lezen. Gelukkig kregen ze hulp en wel van een cluster van sterrenstelsels – Abell 2744 genaamd – dat zich op een afstand van 3,5 miljard lichtjaar van de aarde bevindt. Dit cluster staat tussen ons en het verre sterrenstelsel dat in de nieuwe studie centraal staat, in en kon daardoor dienst doen als een zogenoemde ‘zwaartekrachtlens’. Hierbij wordt het licht afkomstig van het verre sterrenstelsel door de zwaartekracht van Abell 2744 afgebogen en versterkt. En dat lenseffect was net sterk genoeg om het verre sterrenstelsel voor de James Webb-telescoop zichtbaar te maken. Vervolgens detecteerde röntgenobservatorium Chandra – opnieuw dankzij dat lenseffect – de röntgenstraling die verraadde dat in het sterrenstelsel tevens een superzwaar zwart gat te vinden was (zie kader).
Zwarte gaten worden gekenmerkt door een intense zwaartekracht, waardoor niets aan hun greep kan ontsnappen. Zelfs licht niet. Hierdoor zijn zwarte gaten volslagen donker en in feite dus onzichtbaar. Maar door de impact die ze op hun omgeving hebben, kunnen we ze (soms) toch detecteren. In dit geval dankzij röntgenstraling. Dat ontstaat doordat het zwarte gat gas naar zich toetrekt. Dat gas gaat – voor het in het zwarte gat verdwijnt – rond het zwarte gat cirkelen. Daarbij wordt het enorm heet en gaat het sterke röntgenstraling afgeven.
Het zwarte gat dat wetenschappers zo ontdekt hebben, bevindt zich in een sterrenstelsel dat zo’n 13,2 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd is. Door de tijd die het licht afkomstig van dit sterrenstelsel nodig heeft om ons te bereiken, zien we het sterrenstelsel (en het zwarte gat) zoals het er 470 miljoen jaar na de oerknal uitzag.
Jong en zwaar
Het zwarte gat is nog jong. Maar afgaand op de helderheid en energie van de röntgenstraling die het zwarte gat (indirect) afgeeft, gaan onderzoekers ervan uit dat het reeds tussen de 10 en 100 miljoen keer zwaarder is dan onze zon. Daarmee is het zwarte gat ongeveer net zo zwaar als alle sterren in zijn sterrenstelsel bij elkaar opgeteld. Dat is bijzonder; zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels die wat dichter bij ons in de buurt staan, hebben doorgaans een massa die vergelijkbaar is met 0,1 procent van de massa van de sterren in hun sterrenstelsel.
De geboorte van een zwart gat
Dat dit jonge zwarte gat in het piepjonge universum zoveel zwaarder is, vinden astronomen uitermate interessant. Eerdere observaties hebben namelijk al uitgewezen dat in het jonge universum reeds superzware zwarte gaten te vinden waren. Maar nog niet eerder is er zo vroeg in de geschiedenis van het universum zo’n zwaar zwart gat waargenomen als het exemplaar dat wetenschappers nu hebben gespot. “Dit is één van de meest dramatische ontdekkingen van de James Webb-ruimtetelescoop,” vindt Michael Strauss, professor in de astrofysica aan de Princeton University en niet betrokken bij het onderzoek. “Dit is het verste, groeiende superzware zwarte gat dat ons tot op heden bekend is. En hiermee wordt het oude record echt compleet verpulverd.”
We wisten dus al dat vrij kort na de oerknal superzware zwarte gaten ontstonden. Maar nu is er eentje gevonden die wel heel kort op de oerknal het levenslicht moet hebben gezien. En dat kan meer inzicht geven in hoe dergelijke superzware zwarte gaten zo kort na de oerknal ontstonden. Daar is namelijk nog veel onduidelijkheid over. Er zijn eigenlijk twee mogelijkheden. Éen: ze worden al vrij zwaar geboren, doordat ze ontstaan wanneer enorme gaswolken instorten. In dat scenario krijg je pasgeboren zwarte gaten die tussen de 10.000 en 100.000 keer zwaarder zijn dan onze zon. Twee: ze ontstonden toen de eerste sterren explodeerden en werden vrij klein geboren. In dat scenario verkrijg je namelijk pasgeboren zwarte gaten die slechts tussen de 10 en 100 keer zwaarder zijn dan onze zon, die vervolgens dus moeten zijn gaan groeien.
Groeien kost tijd
Maar dat groeien kost tijd. En met de ontdekking van een zwart gat dat recordbrekend ver weg staat en slechts 470 miljoen jaar na de oerknal al heel zwaar was, lijken onderzoekers nu een superzwaar zwart gat te hebben gevonden dat simpelweg geen tijd heeft gehad om te groeien, maar wel al heel groot is! Het is een beetje alsof onderzoekers op een 200 kilo zware peuter zijn gestuit. “Dat we nu eindelijk een zwart gat ontdekt hebben dat al zo groot was toen het universum nog zo jong was, vertelt ons dat dit zwarte gat bij zijn geboorte al heel groot moet zijn geweest,” stelt onderzoeker Andy Goulding.
Outsize Black Hole
De massa van het zwarte gat, in combinatie met zijn jonge leeftijd en de hoeveelheid röntgenstraling die deze (indirect) afgeeft, hinten er dan ook op dat we hier te maken hebben met een zogenoemde ‘Outsize Black Hole‘. Die term werd in 2017 door theoretici bedacht om zwarte gaten die in het jonge universum ontstaan zijn door ineenstortende, grote gaswolken – en dus bij hun geboorte al flink waren – aan te duiden. Tot voor kort was hun bestaan slechts een hypothese, maar onderzoeker Priyamvada Natarajan denkt dat daar nu verandering in is gekomen. “We denken dat we nu voor het eerst zo’n Outsize Black Hole gedetecteerd hebben,” aldus onderzoeker Priyamvada Natarajan. “En het is het beste bewijs totnogtoe dat sommige zwarte gaten gevormd worden uit enorme gaswolken. Voor het eerst zien we een superzwaar zwart gat in dat kortdurende stadium – vóór het qua groei achterop raakt – waarin het ongeveer net zoveel weegt als de sterren in zijn sterrenstelsel.”
Hoewel dit ene zwarte gat er dus sterk op hint dat sommige superzware zwarte gaten in het jonge heelal een voorsprong hadden en bij hun geboorte al zwaar waren, is meer onderzoek hard nodig. Alleen door meer waarnemingen van zwarte gaten die kort na de oerknal al fors waren, kunnen onderzoekers het ontstaan van de allereerste superzware zwarte gaten helemaal helder krijgen. Ze zijn na deze observaties echter optimistisch dat het mogelijk moet zijn om – met een combinatie van verschillende telescopen en observatoria – meer van deze uit de kluiten gewassen, pasgeboren zwarte gaten in het piepjonge heelal te vinden.
