Een sterrenstelsel uit het vroege heelal bevat een zwart gat met een massa die gelijk is aan bijna de helft van de massa van het sterrenstelsel zelf. Het is een raadsel hoe dit zwarte gat is ontstaan.
Een zwart gat uit het vroege heelal heeft bijna de helft van de massa van het sterrenstelsel waarin hij leeft. Die hoge massa is vreemd, omdat het zwarte gat ‘slaapt’: het slurpt geen materie meer naar binnen. De ontdekking roept vragen op over hoe zwarte gaten groeien.
Kosmoloog Ignas Juodžbalis van de Universiteit van Cambridge en zijn collega’s kwamen het zwarte gat op het spoor met de James Webb-ruimtetelescoop. Ze vonden een zwak sterrenstelsel dat zo ver van de aarde staat, dat wij het zien zoals het er 800 miljoen jaar na de oerknal uitzag. In het midden van dit sterrenstelsel huist een zwart gat met een massa die overeenkomt met bijna de helft van de massa van het sterrenstelsel zelf. Het zwarte gat heeft 400 miljoen keer de massa van onze zon, en is duizenden keren zwaarder dan verwacht.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
Zwarte gaten die materie naar binnen slurpen, oftewel actieve zwarte gaten, zenden gewoonlijk straling uit. Dit zwarte gat is echter donker. Dit betekent dat het zwarte gat slaapt, en dat het in een eerdere fase van zijn leven zo zwaar moet zijn geworden.
‘Dit zwarte gat is een van de zwakste die we hebben gezien’, zegt Juodžbalis. ‘Onze vondst levert sterk bewijs dat zwarte gaten in het vroege heelal groeien met zeer snelle groeispurten.’
Overgewicht na dwangvoeding
De meeste sterrenstelsels, waaronder onze Melkweg, hebben een superzwaar zwart gat in hun midden. Deze zijn gewoonlijk veel kleiner dan het sterrenstelsel. Het centrale zwarte gat van de Melkweg is bijvoorbeeld 10.000 keer minder zwaar dan het volledige sterrenstelsel. Het zwarte gat van Juodžbalis’ team lijkt de groei van zijn sterrenstelsel te hebben afgeremd, waardoor de stervorming niet echt op gang is gekomen.
Nooit eerder hebben astronomen een zwart gat gezien met zo’n opvallend ‘overgewicht’. Dat bevestigt zwarte-gaten-expert Fabio Pacucci van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Massachusetts, die niet bij het onderzoek betrokken was.
De massa van het zwarte gat is mogelijk het gevolg van een samensmelting van dit sterrenstelsel met een ander sterrenstelsel, wat leidde tot een soort ‘dwangvoeding’ van het zwarte gat, aldus Juodžbalis. De periode waarin zo’n zwart gat dan groeit, duurt misschien maar 4 miljoen tot 10 miljoen jaar. Dat betekent dat de kans klein is dat we een zwart gat in deze fase aantreffen.
Als het sterrenstelsel in de toekomst nog eens op een ander stelsel botst, zou dat de groei van het zwarte gat opnieuw kunnen starten. Het is echter waarschijnlijker dat in het sterrenstelsel uiteindelijk stervorming zal plaatsvinden, en het stelsel daardoor uitgroeit tot een gewoner sterrenstelsel, aldus Juodžbalis. ‘Het krijgt nog steeds vers gas binnen’, stelt hij, wat een voorwaarde is voor stervorming.
Geen typisch voorbeeld
Pacucci denkt niet dat dit een typisch voorbeeld is van hoe een sterrenstelsel groeit. ‘Ik denk dat dit een zeer interessante en eigenaardige [situatie] is’, zegt hij. ‘Ik denk niet dat dit het normale pad is dat sterrenstelsels volgen.’
Toch kan dit zwart gat mogelijk verklaren hoe superzware zwarte gaten in het vroege heelal zijn ontstaan. Dat is een open vraag in de sterrenkunde. Sommige astronomen denken dat de eerste sterren aan het einde van hun leven explodeerden als supernova’s en kleine zwarte gaten achterlieten die 10 tot 100 keer de massa van onze zon hadden. Die zouden daarna snel groeien tot grotere exemplaren. Anderen vermoeden dat gaswolken direct ineenstortten tot zwarte gaten van 10.000 tot 100.000 keer de massa van onze zon.
Dit nieuwe zwarte gat kan de eerste theorie onderstrepen. ‘Het vermindert de noodzaak om een heleboel zwarte gaten [uit gaswolken] te hebben die direct zwaar waren bij hun ontstaan’, zegt hij. ‘Misschien zijn zwarte gaten wel degelijk ontstaan uit de eerste sterren en zijn ze gewoon heel snel gegroeid.’
Als we meer van dit soort gewichtige zwarte gaten vinden, zou dat antwoorden kunnen opleveren. ‘Je zou verwachten dat als je zoekt [naar objecten met] een lagere helderheid, je ook objecten met een lagere massa vindt. Dit artikel laat zien dat dit niet het geval is’, zegt Pacucci.
