Waarnemingen verzameld met behulp van de James Webb Space Telescope hebben een actief superzwaar zwart gat onthuld, waarvan de massa 9 miljoen keer die van de zon is, en dat actief groeit en materie absorbeert uit de ruimte eromheen. 570 miljoen jaar na de oerknal is het het eerste superzware zwarte gat dat groeit, hoewel wetenschappers hopen dat het record niet lang behouden blijft.
Er is een zwart gat gevonden in een van de vroegste sterrenstelsels ooit ontdekt, voorheen bekend als EGSY8p7, en sindsdien omgedoopt tot CEERS 1019. De ontdekking ervan zou kunnen helpen bij het oplossen van een van de grootste mysteries van het vroege universum: hoe de zwarte gaten in de Cosmic Dawn in zo'n korte tijd zo groot werden.
Een artikel over de ontdekking, geleid door astrofysicus Rebecca Larson van de Universiteit van Texas in Austin, verschijnt in een speciale uitgave van The Astrophysical Journal. "We hebben de meest afgelegen actieve galactische kern (AGN) en het oudste zwarte gat gevonden dat we ooit hebben gevonden", vertelde Larson aan ScienceAlert. Larson observeerde CEERS 1019 oorspronkelijk als onderdeel van haar werk om het licht te bestuderen dat wordt geproduceerd door stervorming in het zeer vroege universum.
Aangenomen wordt dat dit licht, Lyman-alfastraling genaamd, wordt gegenereerd door de ionisatie van neutrale waterstof tijdens stervorming. Het vroege heelal was gevuld met een mist van neutrale waterstof die de voortplanting van licht verhinderde, pas nadat deze waterstof geïoniseerd was, kon licht zich vrijelijk voortplanten.
Dit tijdperk van reïonisatie is, zoals bekend, niet volledig bestudeerd. We weten dat het gebeurde in de eerste miljard jaar na de oerknal, 13,8 miljard jaar geleden, maar het is erg moeilijk om zo ver in het vroege heelal te kijken. CEERS 1019 en verschillende andere ultra-vroege sterrenstelsels zijn uitstekende objecten voor deze studie omdat ze relatief helder zijn. Het sterrenstelsel werd in 2015 geïdentificeerd in Hubble-gegevens en was destijds het vroegste en meest verre sterrenstelsel dat werd waargenomen.
Verdere waarnemingen bevestigden het bestaan ervan, maar meer gedetailleerde informatie bleef ongrijpbaar: het vroegste licht in het universum is door de uitdijing van het universum zo ver verschoven naar het infrarode deel van het spectrum dat een krachtig speciaal infraroodinstrument zoals JWST nodig is om het te bestuderen.
Dus toen JWST verscheen, werd CEERS 1019 - de helderste van de Hubble-sterrenstelsels van dit tijdperk - een voor de hand liggend doelwit. De telescoop keek slechts één uur naar het sterrenstelsel met alle vier de instrumenten, maar leverde een schat aan gegevens op.
Toen merkte Larson iets op wat ze niet helemaal verwachtte. Naast de heldere stervorming was er een breed emissiekenmerk dat gewoonlijk geassocieerd wordt met AGN. Toen ze het aan enkele AGN-onderzoekers vertelde, werd het interessant. Doorgaans zendt een sterrenstelsel in het vroege heelal licht uit van een supernova of licht van stervorming. Het was buitengewoon onverwacht om beide in hetzelfde sterrenstelsel te zien.
"We hebben wekenlang gepleit dat het zo zou moeten zijn, dat het het een of het ander zou moeten zijn. En het blijkt dat het beide is. Er is enige invloed van het zwarte gat op de emissielijnen die we zien, maar het meeste licht dat we in onze afbeeldingen zien, wordt nog steeds gedomineerd door het stervormende deel van de melkweg." Dat er meer dan 13,2 miljard jaar geleden een superzwaar zwart gat bestond en is blijven groeien, is niet zo verrassend als je zou denken.
Er zijn veel grotere zwarte gaten ontdekt in het vroege heelal, J1342+0928, een quasi-melkwegstelsel dat 690 miljoen jaar na de oerknal werd ontdekt, heeft een superzwaar zwart gat ter grootte van 800 miljoen zonnen. Het zwarte gat in J0313-1806, 670 miljoen jaar na de oerknal ontdekt, heeft een grootte van 1,6 miljard zonnen.
Beide quasars worden gedomineerd door AGN-emissie. Volgens Larson en haar collega's is CEERS 1019 een tussenstadium: het punt tussen latere, grotere, door AGN gedomineerde sterrenstelsels en hoe die sterrenstelsels en hun zwarte gaten zich in de eerste plaats begonnen te vormen. Kijkend naar het superzware zwarte gat in CEERS 1019, denken onderzoekers dat het object is ontstaan door de ineenstorting van een massief object, zoals een van de vroegste sterren in het universum. Deze sterren waren veel, veel groter dan de sterren die we tegenwoordig om ons heen zien, dus een zwart gat van zo'n ineenstorting zou een voorsprong hebben op het pad naar superzwaarte.
Zoals Larson opmerkt, werden de resultaten verkregen in slechts één uur observatie. Verwacht wordt dat echt diepe waarnemingen verder weg gelegen en zelfs zwakkere sterrenstelsels zullen onthullen, wat ons uiteindelijk zal helpen begrijpen hoe het universum is ontstaan en hoe het is gegroeid.
Lees ook:
- Astronomen zijn getuige geweest van de energetische activering van een zwart gat
- Het superzware zwarte gat Sagittarius A* werd 200 jaar geleden wakker