James Webb-telescoop onthult het oudste bekende zwarte gat in sterrenstelsel GN-Z11: NPR

Toen de Hubble-ruimtetelescoop in 2016 voor het eerst sterrenstelsel GN-z11 ontdekte, was dit het verste sterrenstelsel dat wetenschappers ooit hadden ontdekt. Het was eeuwenoud en werd 13,4 miljard jaar geleden gevormd – slechts 400 miljoen jaar na de oerknal.

Maar hoewel het record van de GN-z11 is verbroken, blijft de Galaxy een raadsel. Voor zo’n oud en compact sterrenstelsel was het ongewoon helder. ‘Om zo helder te zijn, zou zo’n klein volume een groot aantal sterren nodig hebben’, zegt Roberto Maiolino, astrofysicus aan de Universiteit van Cambridge. Maar gegeven hoe jong het heelal was, zou het moeilijk zijn geweest om al die jonge, heldere sterren in zo’n korte tijd te creëren.

Nu, in een artikel met de titel ‘Een klein en krachtig zwart gat in het vroege heelal’ de natuurhebben Maiolino en zijn collega’s een alternatieve verklaring voor al dit licht: een superzwaar zwart gat dat ongeveer 1,6 miljoen keer de massa van onze zon heeft. Het zwarte gat zelf zendt geen licht uit – maar al het materiaal dat ernaar schreeuwt, suggereert Maiolino, zou heet en helder genoeg kunnen zijn om de intense gloed van het sterrenstelsel te creëren.

Hij zegt dat dit het oudste zwarte gat is dat ooit is ontdekt, en dat het bestaan ​​ervan vragen oproept over waar specifieke zwarte gaten vandaan komen en hoe ze zich voeden en groeien.

Een nieuwe telescoop onthult een buitengewone regenboog

De afgelopen twintig jaar heeft Maiolino meegewerkt aan de bouw van de James Webb-ruimtetelescoop, die op eerste kerstdag 2021 wordt gelanceerd. In het bijzonder maakt hij deel uit van het team dat een van de belangrijkste instrumenten ervan heeft ontworpen en gebouwd, de Near-Infrared Spectrometer.

“Machine [is] Verantwoordelijk voor het verstrooien van licht van sterrenstelsels en sterren [into] Hun kleuren’, zegt hij. ‘Dus het is eigenlijk een regenboog van sterrenstelsels.’

Toen Maolino en zijn collega’s de krachtige nieuwe telescoop en hun instrument op het sterrenstelsel, bekend als GN-z11, richtten, waren de details die terugkwamen verbluffend.

“Het was heel spannend”, herinnert hij zich. “Maar in het begin begrepen we niet echt wat het ons vertelde. Het spectrum was behoorlijk verwarrend.”

Daarom heeft het team hun analyse verdiept en meer gegevens verzameld. En ze veronderstelden dat het heldere ultraviolette licht dat door het verre sterrenstelsel wordt uitgezonden waarschijnlijk afkomstig was van een grote hoeveelheid gas die rondwervelde en in een zwart gat stroomde. De wrijving van het gas dat naar binnen wordt getrokken, verwarmt en verlicht het, wat mogelijk verklaart waarom het sterrenstelsel zo helder is.

Zo realiseerden Maiolino en zijn team zich waar ze mee werkten: een superzwaar zwart gat geparkeerd in het centrum van de Melkweg.

“Op dat moment”, zegt hij, “verdubbelde de opwinding en werd het zeker interessanter.”

Een bijzonder zwart gat

Het was niet zomaar een zwart gat. Ten eerste kan het – ervan uitgaande dat het zwarte gat klein begon – materie in een woest tempo verslinden. En dat was nodig om zijn enorme omvang te bereiken.

‘Dit zwarte gat is eigenlijk aan het eten [equivalent of] Elke vijf jaar een volle zon’, zei Maiolino. ‘Dat is eigenlijk veel meer dan we dachten voor deze zwarte gaten.’ Vandaar het woord ‘sterk’ in de titel van het artikel.

Ten tweede heeft het zwarte gat een massa van 1,6 miljoen maal de massa van onze zon, en dat gebeurde slechts 400 miljoen jaar na het ontstaan ​​van het heelal.

‘Het is eigenlijk niet mogelijk dat een zwart gat zo snel zo groot wordt in het heelal’, zegt Maiolino. “In principe is er volgens de klassieke theorie niet genoeg tijd. Er moeten dus alternatieve scenario’s worden ingeroepen.”

Hier is scenario één: in plaats van klein te beginnen, zijn de superzware zwarte gaten van het vroege heelal misschien groot geworden als gevolg van de ineenstorting van een gigantische wolk van primordiaal gas.

Scenario twee is dat vroege sterren zouden kunnen instorten en een oceaan van kleine zwarte gaten zouden kunnen vormen, die vervolgens sneller materie zouden kunnen samenvoegen of consumeren dan we denken, waardoor het zwarte gat sneller zou groeien.

Of misschien is het een combinatie van beide.

Bovendien is het mogelijk dat dit zwarte gat de groei van sterrenstelsel GN-z11 beschadigt. Omdat zwarte gaten energie uitstralen terwijl ze eten. Bij zo’n hoge consumptiesnelheid kan deze energie het gas van het gaststelsel wegvagen. En omdat sterren uit gas bestaan, kan het de vorming van sterren tegengaan, waardoor sterrenstelsels langzaam verstikken. Om nog maar te zwijgen van het feit dat het zwarte gat zonder gas niets zou hebben om zich mee te voeden en ook zou sterven.

‘Deze auteurs beweren op overtuigende wijze dat er een zwart gat bestaat’, zegt astrofysicus Priyava Natarajan van de Yale Universiteit, ‘ondanks dat ze het niet hebben gedetecteerd’ met behulp van röntgenstraling, de gouden standaard voor het testen van de aanwezigheid van een zwart gat.

Natarajan maakte deel uit van een team dat onlangs zowel de nieuwe James Webb-ruimtetelescoop van het Chandra X-ray Observatory als röntgengegevens gebruikte om een ​​superzwaar zwart gat te vinden in een ander deel van het universum dat 470 miljoen jaar na de oerknal bestond. – dus iets recenter dan deze nieuwste uitvinding.

Een ontdekking die, zegt Natarajan, “de diversiteit van zwarte gaten en hun gaststelsels onthult. We zien vandaag de dag een diversiteit, en het lijkt erop dat deze diversiteit al heel vroeg begon.”