Superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels groeien geleidelijk met de stelsels zijn mee. Althans, dat werd lange tijd aangenomen. Nu komen astronomen met een verrassende alternatieve verklaring.
De Webb-ruimtetelescoop heeft een sterrenstelsel waargenomen in een bijzonder vroeg stadium van het heelal. Het licht van dit stelsel, J1120+0641 genaamd, heeft er bijna net zo lang over gedaan om de aarde te bereiken als het heelal nodig heeft gehad om zo groot te worden als het nu is. Maar op de een of andere manier had het superzware zwarte gat in zijn centrum al een massa van meer dan een miljard zonsmassa’s.
Sterrenstelsels zijn enorm veranderd de afgelopen 13,8 miljard jaar (de leeftijd van het heelal). Ze zijn groter geworden en hebben meer massa gekregen – ofwel door gas uit hun omgeving aan te trekken of door zo nu en dan samen te smelten.
Lang werd aangenomen dat de superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels geleidelijk met de stelsels zijn meegegroeid. Maar zwarte gaten kunnen niet willekeurig snel groeien. Materie die naar een zwart gat toe stroomt, vormt een kolkende, hete ‘accretieschijf’ daaromheen. En als dat bij een superzwaar zwart gat gebeurt, resulteert dit in een zogeheten actieve galactische kern. De helderste van deze objecten, quasars geheten, behoren tot de helderste objecten in het heelal. Maar deze helderheid beperkt de hoeveelheid materie die op het zwart kan vallen: licht oefent namelijk druk uit die de toestroom van materie afremt.
Daarom waren astronomen verrast toen ze bij waarnemingen van verre quasars heel jonge zwarte gaten ontdekten met massa’s van 10 miljard zonsmassa’s. Daar zijn allerlei verklaringen voor bedacht, bijvoorbeeld dat de vroegste zwarte gaten veel efficiënter waren in het aantrekken van gas dan hun huidige soortgenoten. Of dat de aanwezigheid van stof rond een quasar een vertekend beeld heeft van diens massa.
Om te bepalen welke van deze verklaringen de juiste is, heeft een team onder leiding van Sarah Bosman van het Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA, Duitsland) J1120+0641 in januari 2023 tweeënhalf uur lang bekeken met de Webb-ruimtetelescoop – niet om een foto van het verre stelsel te maken, maar om diens infraroodspectrum vast te leggen.
‘Voedingsmechanisme’
Uit de waarnemingen blijkt dat het superzware zwarte gat in J1120+0641 niet uitzonderlijk snel groeit, wat erop wijst dat hij gebruik maakt van hetzelfde ‘voedingsmechanisme’ als zijn huidige soortgenoten. Het enige verschil is dat het stof rond de verre quasar ongeveer honderd graden warmer is dan dat rond nabijere quasars. Maar er is geen aanwijzing gevonden dat de quasar door uitzonderlijk veel stof omgeven is.
‘Al met al maken de nieuwe waarnemingen het mysterie alleen maar groter: vroege quasars zien er verbazingwekkend normaal uit’, concludeert Bosman. ‘Het maakt niet uit op welke golflengten we ze waarnemen, ze zien er in alle kosmische tijdperken vrijwel hetzelfde uit.’
Volgens Bosman lijkt het er sterk op dat de vroege superzware zwarte gaten simpelweg ‘groot geboren’ zijn. Ze zijn niet ontstaan uit de overblijfselen van de eerste sterren en vervolgens heel snel gegroeid, maar hebben een beginmassa’s van minstens honderdduizend zonsmassa’s gehad – waarschijnlijk door het samentrekken van omvangrijke gaswolken.
