Een piepklein rood lichtpuntje uit het vroege heelal blijkt een uitzonderlijk zwaar zwart gat te bevatten. De ontdekking voedt een spannend idee: sommige superzware zwarte gaten groeiden misschien niet langzaam op binnen een volwassen sterrenstelsel, maar waren juist al vroeg aanwezig en hielpen hun sterrenstelsel vorm te geven.
Webb kijkt meer dan 13 miljard jaar terug
Het object heet Abell2744-QSO1 en behoort tot de zogeheten “Little Red Dots”: compacte, rode bronnen die de James Webb Space Telescope in grote aantallen in het jonge heelal vindt. We zien QSO1 zoals het ongeveer 700 miljoen jaar na de oerknal was.
Dat Webb dit object zo goed kan onderzoeken, danken we aan een natuurlijke kosmische telescoop. De zware sterrenstelselcluster Abell 2744 buigt en versterkt het licht van QSO1 door zwaartekrachtlensing. Daardoor verschijnt hetzelfde verre object zelfs drie keer aan de hemel.
Wat is er gemeten?
Met Webb’s NIRSpec-instrument brachten astronomen de beweging van heet gas rond het zwarte gat in kaart. Uit die beweging konden zij de massa rechtstreeks schatten: ongeveer 50 miljoen keer de massa van onze zon.
Dat is opvallend, omdat het hele zichtbare systeem nog klein is. Volgens het onderzoek bevat het zwarte gat minstens ongeveer twee derde van de totale massa. In hedendaagse sterrenstelsels is die verhouding normaal gesproken veel kleiner: daar vormt het centrale zwarte gat slechts een heel klein deel van de totale massa van de sterren.
Ook de chemische samenstelling is primitief. Het gas bestaat vrijwel geheel uit waterstof en helium en bevat minder dan ongeveer een half procent van de hoeveelheid zware elementen die we in de zon vinden. Dat past bij een omgeving waarin nog maar weinig generaties sterren hebben geleefd en gestorven.
Waarom is dit belangrijk?
Een zwart gat van 50 miljoen zonsmassa’s is moeilijk in slechts 700 miljoen jaar op te bouwen wanneer het begint als het lichte overblijfsel van één ster. Het zou dan bijna voortdurend op maximale snelheid materie moeten opslokken.
De meting ondersteunt daarom het idee van een “zwaar zaad”: een zwart gat dat al bij zijn geboorte duizenden tot misschien honderdduizenden zonsmassa’s woog. Zo’n zwaar begin kan bijvoorbeeld ontstaan wanneer een enorme gaswolk rechtstreeks instort. Een andere mogelijkheid is dat extreem dichte sterrenhopen snel samensmelten.
Het woord ondersteunt is belangrijk. Webb heeft overtuigend de grote massa en de primitieve omgeving gemeten, maar nog niet bewezen welk geboorteproces precies heeft plaatsgevonden. Daarvoor zijn meer objecten en aanvullende waarnemingen nodig.
Wat leren we hiervan?
De vondst draait het vertrouwde verhaal mogelijk gedeeltelijk om. We denken vaak dat eerst een sterrenstelsel ontstaat en dat het zwarte gat in het centrum daarna mee groeit. QSO1 laat zien dat in het vroege heelal het zwarte gat soms de hoofdrol kan hebben gespeeld. De energie en straling rond zo’n vroeg zwart gat kunnen de vorming van sterren afremmen, sturen of juist tijdelijk aanjagen.
Als Webb meer van deze systemen vindt, kunnen astronomen testen of QSO1 een zeldzame uitzondering is of een veelvoorkomende fase in de jeugd van sterrenstelsels.
Quiz
Wat maakt Abell2744-QSO1 zo uitzonderlijk?
- Het is het dichtstbijzijnde zwarte gat.
- Het zwarte gat vormt minstens ongeveer twee derde van de totale massa van het systeem.
- Het systeem bevat helemaal geen waterstof.
Antwoord: B. Het zwarte gat is buitengewoon zwaar vergeleken met het jonge sterrenstelsel eromheen.
Stelling
“In het vroege heelal waren sommige zwarte gaten niet het eindproduct van een sterrenstelsel, maar het startpunt ervan.”
Wat denk jij: groeiden sterrenstelsels vooral rond hun zwarte gaten, of groeiden zwarte gaten vooral mee met hun sterrenstelsels?
Bronnen
- NASA Science – Webb Reveals Black Hole That Formed Before Its Galaxy
- MNRAS – A non-stellar Balmer break in a black hole-dominated Little Red Dot
- MNRAS – A black hole in a near-pristine galaxy 700 million years after the Big Bang
- Nature – A high black-hole-to-host mass ratio in a lensed AGN in the early Universe