Wetenschappers die de NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope (JWST) gebruiken, hebben het bestaan bevestigd van een actief groeiend supermassief zwart gat in een galaxie die gezien werd slechts 570 miljoen jaar na de oerknal. Het is een gulzig zwart gat, dat materie opeet en in een schokkende snelheid groeit die de verwachtingen geweld aandoet.
Het supermassieve zwarte gat bevindt zich in de oude, verre galaxie CANUCS-LRD-z8.6. Hoewel de naam lastig uit te spreken is, maakt de galaxie deel uit van een bredere klasse van “Little Red Dot” (LRD) -galaxieën. Deze “tantaliserende” galaxieën zijn mysterieus en, ondanks hun onverwacht grote aantal, moeilijk te bestuderen.
De belangrijkste uitdaging met LRD’s is dat ze zo oud en zo ver weg zijn. CANUCS-LRD-z8.6 wordt bijvoorbeeld bestudeerd zoals het er 570 miljoen jaar na de oerknal uitzag. Zoals te verwachten, is het uitzonderlijk zwak, zelfs gezien Webb’s baanbrekende gevoeligheid en beeldvorming.
Met behulp van Webb’s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) konden onderzoekers het zeer zwakke licht van het verre sterrenstelsel waarnemen en spectrale kenmerken van een accretie-zak gat lokaliseren. Accretie is het proces waarbij een zwart gat actief materie opeet en groeit. Dezelfde spectrale informatie gaf ook cruciale inzichten in de massa van het zwarte gat — die opmerkelijk hoog is voor een zwart gat in de vroegste fasen van het heelal. Verder bevat de galaxie relatief weinig zware elementen.
“Deze combinatie maakt het een intrigerend onderwerp voor onderzoek,” legt het European Space Agency uit.
NIRSpec maakte het ook mogelijk om de energie-emissies van de galaxie te meten over verschillende golflengten, wat inzichten oplevert in zijn fysieke eigenschappen. Vandaar kon het team de massa van de sterren van de galaxie bepalen en deze vergelijken met de massa van het zwarte gat in die galaxie.
“De gegevens die we van Webb ontvingen, waren van cruciaal belang,” zegt Dr. Nicholas Martis, een coauteur en onderzoeker van de Universiteit van Ljubljana (FMF). “De spectrale kenmerken die Webb aantoonde, gaven duidelijke aanwijzingen voor een accretie-zwaartegat in het centrum van de galaxie, iets wat met eerdere technologie niet waargenomen had kunnen worden. Wat dit nog opvallender maakt, is dat het zwarte gat van deze galaxie overmatig zwaar is vergeleken met de massa van de sterren van de galaxie. Dit suggereert dat zwarte gaten in het vroege universum sneller kunnen zijn gegroeid dan de galaxieën die hen huisvesten.”
Astronomen hebben eerder waargenomen dat de massa van een supermassief zwart gat en die van zijn gastheergalaxie met elkaar verbonden is. Naarmate de galaxie groeit, groeit ook het centrale zwarte gat.
Toch is CANUCS-LRD-z8.6, hoewel het de meest massieve gastheergalaxie in zijn leeftijdsbereik is die tot nu toe is ontdekt, vreemd genoeg massiever dan verwacht voor zijn soort, en het centrale supermassieve zwarte gat is opmerkelijk zwaar. Het tart de gebruikelijke relatie tussen een gastheergalaxie en een zwart gat.
Deze bevinding suggereert dat supermassieve zwarte gaten mogelijk anders gevormd zijn in het vroege Heelal.
“Deze ontdekking is een opwindende stap in het begrijpen van de vorming van de eerste supermassieve zwarte gaten in het Heelal,” legt professor Maruša Bradač, leider van de onderzoeksgroep aan de Universiteit van Ljubljana, uit. “De onverwachte snelle groei van het zwarte gat in deze galaxie roept vragen op over de processen die dergelijke massieve objecten zo vroeg hebben doen ontstaan. Terwijl we de gegevens verder analyseren, hopen we meer galaxieën te vinden zoals CANUCS-LRD-z8.6, die ons mogelijk nog dieper inzicht kunnen geven in de oorsprong van zwarte gaten en galaxieën.”
Het onderzoeks-team is van plan om aanvullende waarnemingen uit te voeren met ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) en de James Webb Space Telescope om CANUCS-LRD-z8.6 en zijn raadselachtige supermassieve zwarte gat verder te bestuderen.
Het bijbehorende onderzoeksartikel, “Extreme properties of a compact and massive accreting black hole host in the first 500 Myr,” werd vandaag gepubliceerd in Nature.
