Volgens een team van astronomen groeit een zwart gat met een van de hoogste snelheden ooit gemeten. Deze ontdekking, gedaan door wetenschappers van het Center for Astrophysics - Harvard & Smithsonian met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory, kan helpen verklaren hoe sommige zwarte gaten relatief snel na de oerknal een enorme massa kunnen bereiken.
Het zwarte gat weegt ongeveer een miljard keer de massa van de zon en bevindt zich op ongeveer 12,8 miljard lichtjaar van de aarde, wat betekent dat astronomen het slechts 920 miljoen jaar na het ontstaan van het universum zien. Het produceert meer röntgenstraling dan enig ander zwart gat dat in de eerste miljard jaar van het universum is waargenomen. Het zwarte gat voedt wat wetenschappers een quasar noemen, een extreem helder object dat hele sterrenstelsels overstraalt. De krachtbron van dit gloeiende monster is de grote hoeveelheid materie die rond het zwarte gat wordt getrokken en erin terechtkomt.
Hoewel hetzelfde team het twee jaar geleden ontdekte, waren observaties van Chandra in 2023 nodig om te ontdekken wat deze quasar, RACS J0320-35, zo bijzonder maakt. Uit de röntgengegevens blijkt dat dit zwarte gat sneller lijkt te groeien dan normaal is voor dit soort objecten. “Het was een beetje schokkend om te zien dat dit zwarte gat met sprongen groeide”, aldus Luca Ighina van het CfA, die het onderzoek leidde. Wanneer materie naar een zwart gat wordt getrokken, wordt deze verwarmd en produceert deze intense straling over een breed spectrum, waaronder röntgenstraling en optisch licht. Deze straling oefent druk uit op het invallende materiaal. Wanneer de snelheid van de invallende materie een kritische waarde bereikt, brengt de stralingsdruk de zwaartekracht van het zwarte gat in evenwicht en kan de materie normaal gesproken niet sneller naar binnen vallen. Dat maximum wordt de Eddington-limiet genoemd.
Wetenschappers denken dat zwarte gaten die langzamer groeien dan de Eddington-limiet, moeten worden geboren met een massa van ongeveer 10.000 zonnen of meer, zodat ze binnen een miljard jaar na de oerknal een miljard zonnemassa's kunnen bereiken, zoals is waargenomen in RACS J0320-35. Een zwart gat met zo'n hoge geboortemassa zou rechtstreeks het resultaat kunnen zijn van een exotisch proces: de ineenstorting van een enorme wolk van dicht gas met ongewoon lage hoeveelheden elementen die zwaarder zijn dan helium, omstandigheden die uiterst zeldzaam kunnen zijn.
Als RACS J0320-35 inderdaad in hoog tempo groeit, naar schatting 2,4 keer de Eddington-limiet, en dat al geruime tijd doet, zou het zwarte gat op een meer conventionele manier zijn ontstaan, met een massa van minder dan honderd zonnen, veroorzaakt door de implosie van een zware ster. “Door de massa van het zwarte gat te kennen en uit te rekenen hoe snel het groeit, kunnen we terugrekenen om te schatten hoe groot het bij zijn ontstaan zou kunnen zijn geweest”, aldus coauteur Alberto Moretti van INAF-Osservatorio Astronomico di Brera in Italië. “Met deze berekening kunnen we nu verschillende ideeën over het ontstaan van zwarte gaten toetsen.”
Om te achterhalen hoe snel dit zwarte gat groeit (tussen 300 en 3000 zonnen per jaar), vergeleken de onderzoekers theoretische modellen met de röntgensignatuur, of het spectrum, van Chandra, dat de hoeveelheden röntgenstraling bij verschillende energieën weergeeft. Ze ontdekten dat het Chandra-spectrum nauw aansloot bij wat ze verwachtten op basis van modellen van een zwart gat dat sneller groeit dan de Eddington-limiet. Gegevens van optisch en infrarood licht ondersteunen ook de interpretatie dat dit zwarte gat sneller in gewicht toeneemt dan de Eddington-limiet toestaat.
“Hoe heeft het universum de eerste generatie zwarte gaten gecreëerd?”, aldus coauteur Thomas van Connor, eveneens van het CfA. “Dit blijft een van de grootste vragen in de astrofysica en dit ene object helpt ons het antwoord te vinden.” Een ander wetenschappelijk mysterie dat door dit resultaat aan de orde wordt gesteld, betreft de oorzaak van de stralen deeltjes die zich met bijna de snelheid van het licht van sommige zwarte gaten verwijderen, zoals te zien is in RACS J0320-35. Dergelijke stralen zijn zeldzaam voor quasars, wat zou kunnen betekenen dat de snelle groei van het zwarte gat op de een of andere manier bijdraagt aan het ontstaan van deze stralen.
De quasar werd eerder ontdekt als onderdeel van een radiotelescooponderzoek met behulp van de Australian Square Kilometer Array Pathfinder, in combinatie met optische gegevens van de Dark Energy Camera, een instrument dat is gemonteerd op de Victor M. Blanco 4-meter telescoop in het Cerro Tololo Inter-American Observatory in Chili. De Gemini-South Telescope van het National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory van de Amerikaanse National Science Foundation op Cerro Pachon, Chili, werd gebruikt om de nauwkeurige afstand van RACS J0320-35 te bepalen.
Bron: Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
