De James Webb-ruimtetelescoop heeft honderden verre, vreemde sterrenstelsels waargenomen. Deze stelsels produceren onmogelijk veel sterren of herbergen onmogelijk grote zwarte gaten.

Ruimtelescoop James Webb heeft honderden ‘kleine rode stippen’ ontdekt die astronomen voor een raadsel stellen. Het lijken compacte sterrenstelsels die ofwel onmogelijk veel sterren bevatten, of veel te grote zwarte gaten. Beide mogelijkheden zijn in strijd met de huidige theorieën over hoe sterrenstelsels ontstaan.

De sterrenstelsels kregen de bijnaam little red dots, ofwel ‘kleine rode stippen’. Ze bevinden zich diep in het heelal. Omdat licht dat van ver moet komen een lange tijd onderweg is geweest, zien we deze stelsels in de periode dat het heelal nog jong was.

Toeval speelde een grote rol  bij veel spectaculaire  kosmische ontdekkingen
LEES OOK

Toeval speelde een grote rol bij veel spectaculaire kosmische ontdekkingen

Het heelal zit vol verrassingen. We moeten toevallige ontdekkingen in de wetenschap omarmen, zegt astrofysicus Chris Lintott.

Het bestaan van deze rode stelsels was op zich al een verrassing, maar nu onderzoekers zich in de meetgegevens verdiepen, komt er een aantal grote vragen bovendrijven. De eigenschappen van deze sterrenstelsels lijken namelijk onmogelijk te rijmen met wat we dachten te weten over de kosmos.

Veel te fel

‘Er zijn heel veel van deze kleine rode stippen en sommige zijn zo fel, zo helder, dat ze onze verwachtingen tarten’, zegt astronoom Hollis Akins van de Universiteit van Texas in de Verenigde Staten. Met zijn collega’s testte hij twee mogelijke theorieën over de helderheid van de sterrenstelsels: het felle licht kan afkomstig zijn van sterren of van materiaal dat in superzware zwarte gaten valt. Die grote zwarte gaten zouden zich in het midden van elk sterrenstelsel bevinden.

Beide opties zijn niet zonder problemen. Als het om sterlicht gaat, dan moeten deze oude sterrenstelsels zoveel sterren produceren, in zo’n hoog tempo, dat het hedendaagse heelal veel meer massa zou moeten bevatten dan het nu doet. Als het licht afkomstig is van het materiaal rond zwarte gaten, dan zijn die zwarte gaten veel groter dan we verwachten op basis van het formaat van de stelsels waar ze in zitten. De onderzoekers publiceerden het vraagstuk in een wetenschappelijk artikel op de website arXiv.

Astronomen hebben geen idee waarom de rode stippen zo helder zijn. Beeld: NASA, ESA, CSA & STScI.

Honderd keer te groot

‘Misschien is het een mix van beide – maar zelfs als je aanneemt dat de helft van het licht afkomstig is van superzware zwarte gaten en de andere helft van sterren, krijg je nog steeds een probleem omdat de bronnen echt overal zijn’, zegt astronoom en teamlid Caitlin Casey. ‘Het is echt een raadsel.’

Zelfs als slechts 1 procent van het licht van de sterrenstelsels afkomstig is van zwarte gaten, zijn de zwarte gaten nog steeds tien tot honderd keer te groot voor hun sterrenstelsels. Dat stelden Harvard-sterrenkundige Fabio Pacucci en zijn collega’s vast, op basis van wat we weten over het nabije heelal. Dit kan betekenen dat superzware zwarte gaten zich extreem snel hebben gevormd in het vroege heelal – dat is de enige manier waarop ze zo groot kunnen zijn geworden.

‘Het is een typische kip-of-ei-vraag: ontstond het sterrenstelsel eerst en stortte het zwarte gat erbinnen vervolgens in, of ontstond het zwarte gat eerst en verzamelde het sterrenstelsel zich er vervolgens omheen?’, zegt Pacucci. De gigantische massa’s van de zwarte gaten wijzen op de tweede optie, zegt hij.

Puzzelstukjes

‘Geen van de puzzelstukjes past goed in de gangbare modellen van sterrenstelsels en zwarte gaten. Dat betekent dat we waarschijnlijk iets fundamenteels over het hoofd zien’, zegt sterrenkundige Bingjie Wang van de staatsuniversiteit van Pennsylvania in de VS. ‘Maar niemand heeft nog een overtuigende nieuwe theorie naar voren gebracht.’

De kleine rode stippen hebben ook verschillende andere vreemde eigenschappen die nog om een verklaring verlegen zitten. Voorbeelden daarvan zijn de hoge leeftijd van hun sterren en hoe weinig röntgenstraling ze uitzenden.

‘Het is echt spannend om een soort object te hebben waarvan we gewoon niet weten hoe we het moeten verklaren’, zegt sterrenkundige Jenny Greene van Princeton-universiteit in de VS. ‘Maar er zijn veel mogelijke oplossingen.’ Als oude zwarte gaten bijvoorbeeld iets sneller materie verslinden dan hun hedendaagse tegenhangers doen, kan dat een deel van het vraagstuk oplossen, zegt ze.

De James Webb-telescoop zal de komende jaren meer waarnemingen van kleine rode stippen doen. Die moeten wetenschappers helpen om de puzzelstukjes in elkaar te passen.