Nieuwe ontdekking over zwarte gaten werpt nieuw licht op de prille jeugd van het heelal

Kolossale zwarte gaten, daar kijken sterrenkundigen al lang niet meer van op. In de kern van ons eigen Melkwegstelsel zit zo’n allesverslindend monster dat ruim vier miljoen keer zo zwaar is als de zon. Andere grote sterrenstelsels herbergen exemplaren die nog eens duizend keer zo zwaar zijn.

Wat wél nieuw is: zwarte gaten blijken nu ook volop aanwezig te zijn in minuscule dwergstelsels. Oké, het gaat om relatieve lichtgewichten van hooguit een paar honderdduizend keer de massa van de zon, maar toch.

Zwarte gaten zenden geen licht uit. Je kunt ze dus niet zien, behalve als ze veel gas uit hun omgeving opslokken. Dat naar binnen vallende gas wordt enorm heet en produceert wel straling. Maar vaak wordt die gloed overstraald door het licht van heldere, pasgeboren sterren. Of het wordt geabsorbeerd door wolken van gas en stof.

Een team onder leiding van Amy Reines en Mallory Molina van de Montana State University heeft nu vele duizenden dwergstelsels in detail bestudeerd. Ruim tachtig daarvan bleken een kolossaal zwart gat in de kern te hebben.

Volgens Molina gaat het om het topje van de ijsberg, want alleen ‘actieve’ zwarte gaten, die zich tegoed doen aan materiaal uit hun omgeving, worden op deze manier ontdekt. “Het werkelijke percentage dwergstelsels met een superzwaar zwart gat is onbekend – dat is de million dollar question”’ aldus Molina op een persconferentie van de American Astronomical Society.

Prille jeugd

De nieuwe resultaten, die later dit jaar gepubliceerd worden in The Astrophysical Journal, vertellen sterrenkundigen ook iets over het ontstaan van superzware zwarte gaten, in de prille jeugd van het heelal.

Dwergsterrenstelsels zijn in de loop van de miljarden jaren nauwelijks geëvolueerd, dus de zwarte gaten die nu zijn gevonden, moeten al vrij snel na de oerknal zijn ontstaan. En als ze zo talrijk zijn, kan dat geen heel zeldzaam proces zijn geweest.

Dat is slecht nieuws voor de theorie van de ‘direct collapse’. Volgens dat idee ontstonden de eerste superzware zwarte gaten heel plotseling, toen reusachtige gaswolken in het vroege heelal onder hun eigen gewicht ineenstortten. De kans dat dat gebeurt is echter niet zo groot.

Een alternatief scenario gaat ervan uit dat er eerst kleine, lichte zwarte gaten ontstonden – de overblijfselen van opgebrande reuzensterren – en dat die in de loop van de tijd op elkaar botsten. Dat proces is minder zeldzaam, en lijkt dus een waarschijnlijker verklaring, nu het aantal zware zwarte gaten in dwergstelsels zo groot blijkt.

Volgens zwartegatenexpert Sera Markoff van de Universiteit van Amsterdam is het nieuwe onderzoek zeer zorgvuldig uitgevoerd en zijn de resultaten overtuigend. Ze lijken het tweede ontstaansscenario, via reuzensterren, te ondersteunen, zegt Markoff. Maar Avi Loeb van de Harvard-universiteit, een van de opstellers van het direct collapse-model, denkt dat het goed mogelijk is dat beide processen een rol hebben gespeeld in het pasgeboren heelal.

Molina verwacht dat nieuwe telescopen meer duidelijkheid zullen bieden. De onlangs gelanceerde James Webb Space Telescope is bijvoorbeeld gevoelig genoeg om de allereerste sterrenstelsels in het heelal te bestuderen, en indirect dus ook de allereerste zwarte gaten. “Webb gaat hopelijk uitsluitsel geven.”