Want volgens ons huidige begrip omtrent het ontstaan en de evolutie van zwarte gaten zou dit exemplaar eigenlijk niet moeten bestaan.
Dat is te lezen in het blad Nature. De studie handelt over een zwart gat dat wetenschappers met behulp van ruimtetelescoop James Webb hebben ontdekt. Het zwarte gat dateert uit de periode kort na de oerknal; de astronomen zien het zoals het er slechts 400 miljoen jaar na het ontstaan van het universum uitzag. En daarmee gaat het zwarte gat de boeken in als het oudste zwarte gat dat astronomen tot op heden hebben gedetecteerd.
Hoofdbrekens
Wat opvalt, is dat dit zwarte gat, dat al zo kort na de oerknal moet zijn ontstaan, vrij zwaar is: enkele miljoenen keren zwaarder dan onze zon. En dat leidt toch wel tot hoofdbrekens bij astronomen. Aangenomen wordt namelijk dat dergelijke superzware zwarte gaten – zoals we die vandaag de dag ook in het hart van onze eigen Melkweg vinden – miljarden jaren nodig hebben om zo zwaar te worden (zie kader). Maar zoveel tijd heeft het superzware zwarte gat dat nu in het jonge universum is ontdekt overduidelijk niet gehad. “Dus we moeten andere manieren gaan bedenken waarop superzware zwarte gaten kunnen ontstaan,” concludeert onderzoeker Roberto Maiolina nuchter.
Superzware zwarte gaten zijn zwarte gaten met een massa die honderdduizenden, miljoenen of zelfs miljarden keren groter is dan de massa van onze zon. Volgens de huidige standaardmodellen zien dergelijke zware zwarte gaten het levenslicht wanneer zware sterren aan het einde van hun leven ineenstorten. Een dergelijke gebeurtenis zou resulteren in een zwart gat dat ‘slechts’ enkele honderden malen zwaarder is dan onze zon. Maar gaandeweg kan zo’n zwart gat – bijvoorbeeld door omringende materie op te slokken – steeds zwaarder worden en uiteindelijk uitgroeien tot een superzwaar zwart gat. Maar dat kost tijd. Zo zou het zwarte gat dat wetenschappers nu met behulp van James Webb in het jonge universum hebben ontdekt, volgens deze theorie zo’n 1 miljard jaar nodig hebben gehad om zijn huidige massa te verkrijgen. Maar dat klopt duidelijk niet, want het zwarte gat was 400 miljoen jaar na de oerknal al superzwaar.
De ontdekking van dit superzware zwarte gat in het jonge universum dwingt wetenschappers duidelijk om na te gaan denken over andere manieren waarop superzware zwarte gaten kunnen ontstaan of evolueren. Misschien zijn sommige superzware zwarte gaten bijvoorbeeld bij hun ‘geboorte’ al wel groter dan tot voor kort voor mogelijk werd gehouden. Een andere mogelijkheid is dat sommige superzware zwarte gaten gewoon veel sneller kunnen groeien dan onderzoekers dachten.
Hongerig
Dat het zwarte gat dat wetenschappers nu gedetecteerd hebben, hongerig is, staat vast (zie kader). Onderzoek heeft namelijk al uitgewezen dat het zwarte gat veel sneller materie opslokt dan zwarte gaten in latere tijden.
Het zwarte gat is misschien wel één van de meest mysterieuze en fascinerende fenomenen in het universum. Door de intense zwaartekracht van zwarte gaten kan niets aan hun greep ontsnappen. Zelfs licht niet. Hierdoor zijn zwarte gaten volslagen donker en in feite dus onzichtbaar. Dat wetenschappers ze toch kunnen detecteren, is te danken aan het feit dat de intense zwaartekracht van zo’n zwart gat van invloed is op de omgeving. Zo is het zwarte gat dat wetenschappers nu in het jonge universum hebben ontdekt, druk bezig om materie (gas) naar zich toe te trekken. Alvorens dat gas daadwerkelijk in het zwarte gat verdwijnt, begeeft het zich in een baan rond het zwarte gat en vormt daar een zogenoemde accretieschijf. Het gas in die schijf wordt heel heet en begint te gloeien. En die gloed hebben onderzoekers nu met James Webb gedetecteerd. En uit die gloed kunnen ze afleiden dat zich hier een zwart gat bevindt (dat vrij druk bezig is om gas naar zich toe te trekken).
In eerste instantie zorgt die vraatzucht ervoor dat het zwarte gat lekker kan groeien. Maar op lange termijn kan de zucht naar meer dit zwarte gat zomaar fataal worden, zo merken de onderzoekers op. Want als het zwarte gat te veel gas consumeert, gaat deze ook krachtige ‘winden’ – in feite een uitstroom van straling en geladen deeltjes – produceren die gas juist van het zwarte gat vandaan duwen. En daarmee duwt het zwarte gat zijn ‘voedsel’ als het ware weg, waardoor het zichzelf langzaam uithongert. Ook op het sterrenstelsel waar het zwarte gat deel van uitmaakt, heeft dit proces overigens een enorme impact. Want de krachtige ‘winden’ die het zwarte gat genereert, remmen de stervorming. Hierdoor worden er minder nieuwe sterren geboren, ‘vergrijst’ het sterrenstelsel en sterft het uiteindelijk een langzame dood.
Vervolgonderzoek
Hoewel er dus aanwijzingen zijn dat het zwarte gat dat onderzoekers nu in het jonge universum hebben gevonden, actief en ook vrij snel aan het eten is, is daarmee zeker nog niet helemaal te verklaren hoe het zwarte gat in zo’n korte tijd zo zwaar is geworden. Meer onderzoek is nodig om uit te vogelen hoe een superzwaar zwart gat zo vroeg in de ontstaansgeschiedenis van ons universum kan bestaan. James Webb kan daar zeker bij helpen, zo verwacht Maiolino. Met deze zeer scherpe en gevoelige telescoop is een nieuw tijdperk in de astronomie aangebroken, zo stelt hij. “Voor Webb online kwam dacht ik dat het universum dat voorbij het gezichtsveld van ruimtetelescoop Hubble ligt, misschien niet zo interessant zou zijn. Maar dat blijkt helemaal niet het geval te zijn.”
Maiolino denkt dat James Webb gevoelig genoeg is om in de komende maanden en jaren nóg oudere zwarte gaten te spotten. Oftewel: zwarte gaten die nog korter na de oerknal zijn ontstaan. De hoop is dat James Webb daarbij ook op superzware zwarte gaten in wording (of in de groei) stuit en zo meer inzicht kan gaan geven in hoe sommige zwarte gaten in verbazingwekkend weinig tijd superzwaar kunnen worden.