Astronomen hebben voor het eerst rechtstreeks de massa bepaald van een slapend zwart gat in een sterrenstelsel uit het vroege heelal. Het exemplaar heeft een massa die ongeveer zes miljard keer groter is dan die van onze zon en zit in het hart van een stelsel waarvan het licht zo’n tien miljard jaar onderweg was.
Bijna elk groot sterrenstelsel heeft in zijn centrum een superzwaar zwart gat. In onze eigen Melkweg en in nabije stelsels kunnen astronomen die wegen door de bewegingen van sterren in de buurt te volgen. Hoe sneller die sterren rond het zwarte gat tollen, hoe zwaarder het onzichtbare object in het midden moet zijn. De Nobelprijs voor de Natuurkunde van 2020 werd uitgereikt aan onderzoekers die dat deden voor het zwarte gat in onze eigen Melkweg.
Voor verre stelsels werkt dat niet. Astronomen moesten daarom omwegen gebruiken en die werkten vooral bij actieve zwarte gaten. Slapende zwarte gaten in het vroege heelal bleven onzichtbaar. “We konden ze alleen waarnemen wanneer ze materie verslonden en oplichtten als quasars”, zegt hoofdauteur van deze nieuwe studie, Karl Glazebrook, in een persbericht.
Kosmisch vergrootglas
Glazebrooks team vond een uitweg. De onderzoekers keken met de ruimtetelescoop James Webb naar MRG-M0138. Dat is een sterrenstelsel waarin geen nieuwe sterren meer ontstaan. Toevallig staat tussen ons en dat stelsel een zware cluster van sterrenstelsels. Door de zwaartekracht van die cluster wordt het licht van MRG-M0138 gebogen en uitvergroot, een verschijnsel dat Einstein een eeuw geleden voorspelde en dat astronomen kennen als een gravitatielens. Het verre stelsel verschijnt kan daardoor ongeveer dertig keer groter dan normaal in beeld gebracht worden.
De onderzoekers konden hierdoor in de invloedszone van het zwarte gat kijken. Dat is het gebied waar zijn zwaartekracht de bewegingen van nabije sterren versnelt.
Leestip: Zwart gat blaast kosmische superstorm met krankzinnige snelheden de ruimte in
Zwaarder dan het hoort
Astronomen weten al langer dat er in het hedendaagse heelal vaste verhoudingen bestaan tussen de massa van een centraal zwart gat en eigenschappen van het stelsel eromheen. Twee van die verhoudingen worden vaak gebruikt: één die het zwarte gat koppelt aan de massa van de centrale sterrenbol en één die het koppelt aan hoe snel sterren in die bol bewegen. In nabije stelsels geven beide doorgaans hetzelfde antwoord.
In MRG-M0138 niet. Volgens de eerste verhouding zou het zwarte gat lichter moeten zijn dan gemeten, maar volgens de tweede klopt het wel. Met andere woorden: dit zwarte gat is zwaarder dan zijn gaststelsel zou doen denken. Misschien is dat een aanwijzing dat zwarte gaten in het vroege heelal mogelijk sneller groeiden dan de stelsels waarin ze huisden, of dat de regels die voor onze kosmische achtertuin gelden, niet zomaar door te trekken zijn naar vroegere tijden.
Wat het betekent
Eén meting betekent niet alles. Het is wel een teken dat de gangbare methodes om verre zwarte gaten in te schatten, voorzichtigheid vragen. “Dit wijst erop dat superzware zwarte gaten alomtegenwoordig zijn, zelfs in vroege tijden, en een cruciaal ingrediënt zijn in de vorming van sterrenstelsels zelf”, zegt Glazebrook in het persbericht. “Dit is weer een voorbeeld van een waarneming waarvan ik dacht dat die nooit mogelijk zou zijn, maar die dankzij de JWST toch mogelijk is geworden”, aldusde onderzoeker.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
