De James Webb Space Telescope (JWST) heeft licht waargenomen van sterren rond enkele van de voormalige superzware zwarte gaten in het universum; zwarte gaten die we zien zoals ze er minder dan een miljard jaar na de oerknal uitzagen.
Waarnemingen door een team van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) gaan in op de vraag hoe deze kosmische reuzen in de kernen van sterrenstelsels uitgroeien tot enorme massa’s, gelijk aan miljoenen (soms miljarden) zonnen. Meer specifiek: hoe groeide het zo snel? De resultaten zouden ook de puzzel kunnen beantwoorden: wat was er eerst: het sterrenstelsel of het superzware zwarte gat?
De door het MIT-team waargenomen superzware zwarte gaten voeden zich onverzadigbaar met het materiaal eromheen en genereren enorme getijdenkrachten in een schijf van materie die een accretieschijf wordt genoemd, waardoor de schijf zelf gaat gloeien. Deze voedende staat drijft objecten aan die quasars worden genoemd en die zich in de harten van actieve sterrenstelsels bevinden. Quasars behoren tot de helderste objecten in het universum, en sommige zijn zo helder dat ze het gecombineerde licht van elke ster in de omringende sterrenstelsels overtreffen.
Superzware zwarte gaten zijn ook gehuld in mysterie, vooral wanneer ze een miljard jaar vóór de 13,8 miljard jaar durende geschiedenis van het universum worden bekeken. Dit komt omdat het proces van voortdurende samensmelting van zwarte gaten, waarvan wetenschappers denken dat superzware zwarte gaten in de loop van de tijd groeien, enkele miljarden jaren moet duren voordat het op gang komt. Hoe kunnen deze gigantische leegtes slechts ongeveer een miljard jaar na de oerknal bestaan?
Eén suggestie is dat ze een voorsprong hebben gekregen, doordat ze zijn ontstaan uit zogenaamde ‘zware zaad’ zwarte gaten.
Verwant: Een nieuwe kijk op het superzware zwarte gat in het hart van de Melkweg duidt op een opwindend verborgen kenmerk
Met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop heeft het MIT-team voor het eerst bewijs verzameld dat superzware zwarte gaten in het vroege heelal feitelijk uit zware zaden zijn voortgekomen.
“Deze zwarte gaten zijn miljarden keren massiever dan de zon, in een tijd waarin het universum nog in de kinderschoenen staat”, zegt Anna-Christina Ehlers, teamlid en assistent-professor natuurkunde aan het MIT. Dat zei hij in een verklaring. “Onze resultaten suggereren dat superzware zwarte gaten in het vroege heelal mogelijk massa hebben gewonnen voordat hun gaststelsels dat deden, en dat de oorspronkelijke zaden van zwarte gaten massiever hadden kunnen zijn dan ze nu zijn.”
Wat was er eerst? Zwart gat of zijn sterrenstelsel?
Aanvankelijk werd gedacht dat de intense helderheid van quasars, ontdekt in de jaren zestig, voortkwam uit één enkel sterachtig punt. Hieruit ontstond de naam “quasar”, wat een vertaling is van de term “quasar” -object. Onderzoekers ontdekten echter al snel dat quasars feitelijk worden veroorzaakt door de accumulatie van enorme hoeveelheden materie in superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels.
Deze objecten worden echter ook omringd door sterren, die veel zwakker en moeilijker waar te nemen zijn. Dit komt doordat dit stellaire licht wordt weggespoeld door het helderdere licht van de quasar waar de ster omheen draait. Het scheiden van het licht van de quasars en het licht van de omringende sterren is dus niet eenvoudig; het is alsof je het licht van vuurvliegjes ziet zitten op een vuurtorenlamp, ongeveer anderhalve kilometer verderop.
Het vermogen van de James Webb Ruimtetelescoop om verder terug in de tijd te reizen dan welke voorgaande telescoop dan ook, in combinatie met zijn hoge gevoeligheid en resolutie, maakte deze uitdaging echter minder lastig. Zo kon het MIT-team het licht observeren dat ongeveer 13 miljard jaar geleden vanuit zes quasars in oude sterrenstelsels naar de aarde reisde.
“De quasar overtreft het gaststelsel vele ordes van grootte. Eerdere opnamen waren niet scherp genoeg om de vorm van het gaststelsel met al zijn sterren te onderscheiden”, zegt teamlid Minghao Yu, een postdoctoraal onderzoeker aan het Kavli Institute for Astrophysics and Space van MIT. Onderzoek. Hij zei. “Nu kunnen we voor het eerst het licht van deze sterren detecteren door zorgvuldig de scherpste JWST-beelden van deze quasars te maken.”
De JWST-gegevens omvatten metingen van de lichtemissies van elk van de zes quasars over een reeks golflengten. Deze informatie werd vervolgens ingevoerd in een computermodel dat gedetailleerd aantoonde hoeveel van dit licht kon worden toegeschreven aan een compacte puntbron – de accretieschijf rond het zwarte gat – en hoeveel kon worden toegeschreven aan een meer diffuse bron – sterren verspreid over de Melkweg. .
Door het licht in twee bronnen te splitsen, kon het team ook de massa van beide elementen in deze sterrenstelsels afleiden. Hieruit bleek dat superzware zwarte gaten een massa hebben die gelijk is aan ongeveer 10% van de massa van de omringende sterren.
Hoewel dit een enorm onevenwicht in het voordeel van sterren lijkt, kun je bedenken hoe centrale superzware zwarte gaten in moderne sterrenstelsels een massa hebben van slechts 0,1% van de massa van sterren in de omringende sterrenstelsels.
“Dit vertelt ons iets over wat het eerst groeit: is het het zwarte gat dat het eerst groeit, en dan volgt het sterrenstelsel? Of zijn het het sterrenstelsel en zijn sterren die het eerst groeien en de groei van het zwarte gat domineren en reguleren?” aldus Ehlers. “We zien dat zwarte gaten in het vroege heelal sneller lijken te groeien dan hun gaststelsels.
‘Dit is voorlopig bewijs dat de oorspronkelijke zaden van een zwart gat destijds veel groter hadden kunnen zijn.’
“Nadat het universum verscheen, waren er oorspronkelijke zwarte gaten die vervolgens materie consumeerden en in zeer korte tijd groeiden. Een van de grote vragen is om te begrijpen hoe deze gigantische zwarte gaten zo groot en zo snel konden worden”, concludeerde Yu. “Er moet een mechanisme zijn dat ervoor zorgt dat het zwarte gat in die eerste miljard jaar eerder massa wint dan zijn gaststelsel.
“Het is zo’n beetje het eerste bewijs dat we hiervan zien, en dat is spannend.”
De resultaten van het team worden gepubliceerd in Astrofysisch tijdschrift.
“Bierliefhebber. Toegewijde popcultuurgeleerde. Koffieninja. Boze zombiefan. Organisator.”
More Stories
Felgroene vuurbal verlicht de lucht van Portugal en Spanje (foto’s)
Wetenschappers denken dat ze de bron van ‘individuele radiocircuits’ hebben ontdekt
Bird Brains: Vlaamse gaaien vertonen een episodisch geheugen