Het verste superzware zwarte gat dat we ooit gevonden hebben, bevindt zich op meer dan 31 miljard lichtjaar afstand. Mogelijk kan dit object onthullen hoe superzware zwarte gaten in het vroege heelal zo snel zo groot zijn geworden.

Op meer dan 31 miljard lichtjaar van de aarde hebben astronomen het verste zwarte gat ooit gevonden. Het staat niet alleen extreem ver weg, maar is ook extreem zwaar voor een zwart gat dat vroeg in het heelal is ontstaan.

Vastgepind

Astronoom Priyamvada Natarajan van de Yale-universiteit in de VS en haar collega’s struinden door de meetgegevens van ruimtetelescoop James Webb en vonden daarin een nieuw sterrenstelsel, UHZ-1 genaamd. Vervolgens richtten ze röntgensatelliet Chandra op deze plek aan de hemel. Met Chandra konden ze bevestigen dat in het midden van het stelsel een superzwaar zwart gat huist.

Gaan we buitenaards leven ontdekken op ijsmanen?
LEES OOK

Gaan we buitenaards leven ontdekken op ijsmanen?

De ruimtevaartorganisaties NASA en ESA spenderen momenteel miljarden aan missies naar de ijsmanen rond de planeten Jupiter en Saturnus.

‘Met metingen van James Webb worden veel verre zwarte gaten gedetecteerd, maar het bijzondere aan deze vondst is dat we die echt kunnen bevestigen en vastpinnen’, zegt Natarajan. ‘Röntgenstraling is altijd de manier geweest waarop we zeker weten dat we een zwart gat te pakken hebben – het is honderd procent zeker, geen twijfel mogelijk.’ Hun vondst is het verste zwart gat ooit dat is bevestigd met metingen van röntgenstraling.

De vondst was een mooi een-tweetje van de telescopen James Webb en Chandra. Beeld: NASA/CXC/SAO; ESA/CSA/STScI.

Oud en zwaar

De enorme afstand tot UHZ-1 betekent dat we het sterrenstelsel zien zoals het er 470 miljoen jaar na de oerknal uitzag. Om dat in perspectief te plaatsen: het heelal had toen 3 procent van zijn huidige leeftijd bereikt.

Het licht heeft ongeveer 13,2 miljard lichtjaar gereisd om bij de aarde te komen. Omdat het heelal gedurende deze reis uitdijde, staat het sterrenstelsel inmiddels meer dan 31 miljard lichtjaar van ons vandaan.

Uit de waarnemingen blijkt dat het zwarte gat waarschijnlijk een massa heeft tussen 10 miljoen en 100 miljoen keer de massa van de zon. Het feit dat het zo kort na de oerknal is ontstaan, maakt het moeilijk te verklaren hoe het deze grote massa heeft vergaard.

Gewoonlijk ontstaat een zwart gat uit een ster die aan het einde van zijn leven instort. Maar het is lastig voor te stellen hoe een zwart gat dat uit een ster is ontstaan in zo’n korte tijd zoveel massa heeft verzameld – zelfs als de ster een bijzonder kolossaal exemplaar was.

Alternatieve geschiedenis

De afgelopen decennia hebben astronomen een ander mogelijk vormingsmechanisme voor zwarte gaten ter tafel gebracht: als er genoeg gas naar het centrum van een sterrenstelsel stroomt, kan dat vervolgens direct instorten tot een zwart gat. Dat zou een veel zwaarder ‘zaadje’ opleveren dan een stervende ster, zodat er wel een superzwaar zwart gat uit kan ontstaan.

Deze zware zaadjes kunnen honderdduizenden zonsmassa’s bevatten. De lichtere zaadjes, die van stervende sterren, kunnen niet zwaarder zijn dan ongeveer honderd zonsmassa’s.

Dit zwarte gat is een van de sterkste bewijzen tot nu toe voor dit directe instortingsmodel. ‘Als het begint met een zaadje van ruwweg tienduizend zonsmassa’s, dan kunnen we de massa die we zien in UHZ-1 met gemak bereiken, zonder extra voorwaarden’, zegt Natarajan. ‘Dit voldoet aan alle eisen om een ‘zwaar zaadje’ te zijn.’

Hard bewijs

Maar het feit dat dit zwarte gat aan de eisen voldoet, maakt het nog geen hard bewijs, zegt astrofysicus Fabio Pacucci van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Massachusetts. ‘Als dit [zwarte gat] 100 miljoen zonsmassa’s is, is het behoorlijk groot. Maar als het 10 miljoen zonsmassa’s weegt, is het niet zo groot, en kan het ook gevormd zijn uit een lichter zaadje’, zegt hij.

‘Uiteindelijk moeten we meer van dit soort objecten vinden, mogelijk met nog meer massa, en mogelijk op nog grotere afstanden, om echt te begrijpen hoe de eerste zwarte gaten zijn ontstaan’, stelt Pacucci. Het goede nieuws is dat de James Webb-ruimtetelescoop uitstekend in staat is om deze zwarte gaten te vinden, en dat Chandra klaarstaat om het bestaan ervan te bevestigen. Meer vondsten zullen dus waarschijnlijk relatief snel plaatsvinden, zegt Pacucci.