Astronomen hebben een zwart gat ontdekt dat ruim 13 miljard jaar geleden al bestond, toen het heelal slechts 400 miljoen jaar jong was. Deze verrassende ontdekking zet het idee over het ontstaan van zware zwarte gaten op z’n kop.
Met de James Webb-ruimtetelescoop hebben astronomen in het hart van een sterrenstelsel een zwart gat ontdekt met ongeveer een miljoen keer de massa van de zon. Dit sterrenstelsel, genaamd GN-z11, staat op ruim 32 miljard lichtjaar afstand. Het sterlicht heeft er ruim 13 miljard jaar over gedaan om de aarde te bereiken. Dit betekent dat de telescoop het stelsel ziet zoals het er ruim 400 miljoen jaar na de oerknal uitzag.
Doordat het sterrenstelsel opvallend helder was, vermoedden astronomen dat het licht niet alleen van sterren kwam, maar voornamelijk van een dinerend zwart gat. Als zwarte gaten gas en stof in hun omgeving opslurpen, dan ontstaat er een kolkende schijf van materie die geleidelijk in het zwarte gat verdwijnt. Die schijf is zo heet dat hij fel licht uitzendt.
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Verrassend vroeg
De onderzoekers verwachtten dus een zwart gat te vinden. ‘Maar het was verrassend om te ontdekken dat dit exemplaar zo vroeg al zo veel massa had’, vertelt astrofysicus Roberto Maiolino van de Universiteit van Cambridge, die betrokken was bij de ontdekking, gepubliceerd in Nature. Dat past niet in het huidige beeld van hoe zwarte gaten ontstaan.
In het hart van bijna alle grote sterrenstelsels huist een superzwaar zwart gat. In de huidige stelsels, zoals onze eigen Melkweg, vind je ze van miljoenen tot zelfs miljarden zonsmassa’s. Tot nu toe dachten astronomen dat de ‘zaadjes’ hiervan superzware sterren waren, die vlak na de oerknal gevormd zijn. Die zware sterren storten aan het eind van hun leven in elkaar tot zwarte gaten met enkele tientallen tot honderden malen de massa van de zon.
Die zouden vervolgens gestaag gegroeid zijn door gas uit hun sterrenstelsel op te zuigen. Af en toe zouden ze een kleine groeistuip hebben wanneer ze samensmelten met een ander zwart gat. Maar dit proces zou miljarden jaren duren, en kan dus niet verklaren hoe het zware zwarte gat in het stelsels GN-z11 ontstond.
Gulzig zwart gat
Een mogelijke verklaring is dat de superzware jongens niet begonnen als zware sterren, die aan het eind van hun leven instortten, maar als zwart gat geboren werden. Ze zouden dan direct ontstaan bij het ineenstorten van grote gaswolken. Dit is het zogeheten ‘zware zadenscenario’. Een ander idee is dat de eerste zwarte gaten veel sneller materie opslokten dan gedacht, waardoor ze veel sneller konden groeien.
Het meest exotische – en speculatieve – voorstel is dat ze afstammen van zogeheten primordiale zwarte gaten. Die zouden een fractie van een seconde na de oerknal ontstaan kunnen zijn, toen het heelal razendsnel uitdijde.
Volgens Maiolino lijkt het scenario van het gulzige, materie opschrokkende zwarte gat, het meest waarschijnlijk. Het heldere licht dat de schijf van het zwarte gat in GN-z11 uitzendt wijst er namelijk op dat het om een vraatzuchtig exemplaar gaat, dat het gas en stof in zijn omgeving enthousiaster opslokt dan huidige superzware zwarte gaten. Maar zeker zijn de onderzoekers nog niet.
Maiolino: ‘Wij en andere teams zijn actief aan het zoeken naar nog verdere, en dus oudere, zwarte gaten. Informatie over hun massa’s en vraatzucht zullen ons hopelijk in staat stellen onderscheid te maken tussen de verschillende scenario’s.’
