Een internationaal team van astronomen, onder leiding van het Cosmic Frontier Center van de Universiteit van Texas in Austin, heeft het verste zwarte gat ooit bevestigd geïdentificeerd. Het zwarte gat en de melkweg waarin het zich bevindt, CAPERS-LRD-z9, zijn aanwezig 500 miljoen jaar na de oerknal. Dat plaatst het 13,3 miljard jaar in het verleden, toen ons universum nog maar 3% van zijn huidige leeftijd was. Het biedt dus een unieke kans om de structuur en evolutie van deze raadselachtige periode te bestuderen.
“Als je op zoek bent naar zwarte gaten, kun je praktisch niet verder teruggaan dan dit. We verleggen echt de grenzen van wat de huidige technologie kan detecteren”, aldus Anthony Taylor, postdoctoraal onderzoeker bij het Cosmic Frontier Center en leider van het team dat de ontdekking deed. Hun onderzoek werd op 6 augustus gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters. “Hoewel astronomen een paar verder weg gelegen kandidaten hebben gevonden”, voegde Steven Finkelstein, medeauteur van het artikel en directeur van het Cosmic Frontier Center, toe, “hebben ze nog geen duidelijke spectroscopische signatuur gevonden die bij een zwart gat hoort.”
Met behulp van spectroscopie splitsen astronomen licht op in verschillende golflengten om de eigenschappen van een object te bestuderen. Om zwarte gaten te identificeren, zoeken ze naar bewijs van snel bewegend gas. Terwijl het ronddraait en in een zwart gat valt, wordt het licht van gas dat zich van ons verwijdert uitgerekt tot veel roder golflengten, en wordt het licht van gas dat naar ons toe beweegt samengeperst tot veel blauwere golflengten. “Er zijn niet veel andere dingen die dit kenmerk veroorzaken”, legt Taylor uit. “En deze melkweg heeft het!”
Het team gebruikte gegevens van het CAPERS-programma (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) van de James Webb-ruimtetelescoop voor zijn zoektocht. De JWST, die in 2021 werd gelanceerd, biedt het meest verre uitzicht op de ruimte dat beschikbaar is, en CAPERS biedt observaties van de buitenste rand. “Het eerste doel van CAPERS is het bevestigen en bestuderen van de meest verre sterrenstelsels”, aldus Mark Dickinson, medeauteur van het artikel en leider van het CAPERS-team. “JWST-spectroscopie is de sleutel tot het bevestigen van hun afstanden en het begrijpen van hun fysische eigenschappen.”
Aanvankelijk gezien als een interessant vlekje in de beelden van het programma, bleek CAPERS-LRD-z9 deel uit te maken van een nieuwe klasse sterrenstelsels die bekend staat als ‘Little Red Dots’. Deze sterrenstelsels, die alleen in de eerste 1,5 miljard jaar van het universum voorkwamen, zijn zeer compact, rood en onverwacht helder. “De ontdekking van Little Red Dots was een grote verrassing in de vroege JWST-gegevens, omdat ze totaal niet leken op de sterrenstelsels die met de Hubble-ruimtetelescoop werden waargenomen”, legt Finkelstein uit. “Nu zijn we bezig om uit te zoeken hoe ze eruitzien en hoe ze zijn ontstaan.”
CAPERS-LRD-z9 kan astronomen daarbij helpen. Ten eerste draagt dit sterrenstelsel bij aan het groeiende bewijs dat superzware zwarte gaten de bron zijn van de onverwachte helderheid van Little Red Dots. Normaal gesproken zou die helderheid duiden op een overvloed aan sterren in een sterrenstelsel. Little Red Dots bestaan echter in een tijd waarin zo'n grote massa sterren onwaarschijnlijk is. Aan de andere kant stralen zwarte gaten ook fel. Dat komt omdat ze de materialen die ze consumeren samenpersen en verhitten, waardoor ze enorm veel licht en energie produceren. Door het bestaan van een zwart gat in CAPERS-LRD-z9 te bevestigen, hebben astronomen een opvallend voorbeeld gevonden van dit verband in Little Red Dots.
De nieuw ontdekte melkweg kan ook helpen verklaren wat de oorzaak is van de opvallende rode kleur van Little Red Dots. Dat komt mogelijk door een dikke gaswolk rondom het zwarte gat, die het licht dat erdoorheen gaat naar roder golflengten afbuigt. “We hebben deze wolken ook in andere melkwegstelsels gezien”, legt Taylor uit. “Toen we dit object met die andere bronnen vergeleken, bleek het een exacte kopie te zijn.” Dit sterrenstelsel valt ook op door de enorme omvang van zijn zwarte gat. Het wordt geschat op 300 miljoen keer dat van onze zon en zijn massa bedraagt de helft van die van alle sterren in zijn sterrenstelsel. Zelfs onder superzware zwarte gaten is dit bijzonder groot.
Het feit dat zo'n enorm zwart gat al zo vroeg is gevonden, biedt astronomen een waardevolle kans om te bestuderen hoe deze objecten zich hebben ontwikkeld. Een zwart gat dat in het latere universum aanwezig is, heeft tijdens zijn levensduur diverse kansen gehad om in omvang toe te nemen. Maar een zwart gat dat in de eerste paar honderd miljoen jaar aanwezig was, heeft die kans niet gehad. “Dit draagt bij aan het groeiende bewijs dat vroege zwarte gaten veel sneller groeiden dan we voor mogelijk hielden”, aldus Finkelstein. “Of ze waren in het begin veel zwaarder dan onze modellen voorspellen.”
Om hun onderzoek naar CAPERS-LRD-z9 voort te zetten, hoopt het team meer observaties met een hogere resolutie te verzamelen met behulp van JWST. Dit zou meer inzicht kunnen geven in het object en de rol die zwarte gaten hebben gespeeld in de ontwikkeling van Little Red Dots. “Dit is een goed testobject voor ons”, aldus Taylor. “Tot voor kort konden we de vroege evolutie van zwarte gaten niet bestuderen, en we zijn benieuwd wat we kunnen ontdekken.”
Bron: UT News
