Wat was er eerst? Zwarte gaten of sterrenstelsels? Wetenschappers dachten eruit te zijn, maar nieuwe informatie, verzameld door ruimtetelescoop James Webb zet nu alles op zijn kop.
Aangenomen wordt dat de eerste zwarte gaten pas het levenslicht zagen toen de eerste superzware sterren het einde van hun leven naderden. Deze sterren moeten in rap tempo door hun brandstof heen zijn gegaan, waarna ze ineenstortten en transformeerden tot een zwart gat. Met dat in het achterhoofd is het niet meer dan logisch dat zwarte gaten pas wat later ten tonele verschenen; in ieder geval nadat de eerste sterren en sterrenstelsels het levenslicht zagen.
Anders
Maar een nieuw onderzoek, verschenen in het blad Astrophysical Journal Letters suggereert nu dat het heel anders zit. “We weten dat monsterachtige zwarte gaten zich in het hart van sterrenstelsels, zoals onze Melkweg, bevinden,” vertelt onderzoeker Joseph Silk. “Maar de grote verrassing is nu dat ze er ook aan de start van het universum al waren en bijna een soort bouwblokken of zaden voor vroege sterrenstelsels waren.”
Heldere sterrenstelsels
Silk en collega’s trekken die conclusie nadat ze met behulp van ruimtetelescoop James Webb naar verre sterrenstelsels keken die kort na het ontstaan van het universum het levenslicht zagen. Die sterrenstelsels blijken veel helderder te zijn dan de onderzoekers verwacht hadden en herbergen een verrassend groot aantal jonge sterren en supermassieve zwarte gaten. Het wijst er volgens de onderzoekers op dat zwarte gaten eerder ontstonden dan gedacht; eigenlijk gelijktijdig met de sterrenstelsels. En daardoor moeten ze de evolutie van die sterrenstelsels ook flink beïnvloed hebben. Heel concreet zouden de zwarte gaten de stervorming in die eerste sterrenstelsels een enorme impuls hebben gegeven.
“Wij stellen dat de uitstroom van zwarte gaten (zie kader, red.) gaswolken samendrukte en omtoverde tot sterren en zo de snelheid waarmee sterren gevormd werden een impuls gaf,” stelt Silk. “Anders is heel lastig te begrijpen waar deze heldere sterrenstelsels vandaan komen.”
Zwarte gaten zijn misschien wel de meest extreme fenomenen in het universum. Ze hebben zo’n intense zwaartekracht dat niets aan hun greep kan ontsnappen, zelfs licht niet. Materiaal dat in de greep van het zwarte gat komt, verzamelt zich doorgaans eerst in een snel ronddraaiende schijf rond het zwarte gat, ook wel een accretieschijf genoemd. Terwijl het zwarte gat zich met een deel van het materiaal in deze schijf voedt, ontstaan krachtige winden en met plasma gevulde straalstromen die door de omringende ruimte jagen en omringende gaswolken samendrukken. En wanneer een grote hoeveelheid kosmisch gas wordt samengedrukt, kan deze uiteindelijk ineenstorten en een ster vormen. Dat de uitstroom van zwarte gaten zo bijdraagt aan stervorming zien we in het nabije, moderne universum regelmatig. En nu stellen onderzoekers dus dat het ook in het jonge universum al zo ging. “We kunnen deze gewelddadige winden of straalstromen niet zien, maar we weten dat ze er moeten zijn, omdat we in het jonge universum zoveel zwarte gaten zien,” aldus Silk. “Deze enorme, van zwarte gaten afkomstige winden drukken nabije gaswolken samen en veranderen deze in sterren. Dat verklaart waarom deze eerste sterrenstelsels zoveel helderder zijn dan voorspeld.”
Ontstaan
Zwarte gaten kunnen – zoals gezegd – ontstaan doordat zware sterren ineenstorten. Maar als de eerste sterren en sterrenstelsels en eerste zwarte gaten ongeveer tegelijkertijd ontstonden, kunnen sterren die zwarte gaten eigenlijk niet hebben voortgebracht. Maar hoe zijn ze dan ontstaan? Misschien wel, zo suggereren de onderzoekers, doordat gaswolken ineenstortten en direct – dus zonder eerst een ster te vormen – transformeerden tot zwarte gaten.
Zaadjes
“Wij dachten dat in het begin sterrenstelsels ontstonden doordat gigantische gaswolken ineenstortten,” vertelt Silk. “De grote verrassing is dat er een zaadje in het midden van die wolk zat – een groot zwart gat – en dat hielp om het binnenste deel van de wolk in een veel hoger tempo dan we ooit hadden verwacht om te zetten in sterren. En dus waren de eerste sterrenstelsels ongelofelijk helder.”
Meer onderzoek is nodig om vast te stellen of de onderzoekers met hun voorgestelde oplossing voor de kosmische variant van de kip-of-het-ei-probleem op het juiste spoor zitten. De onderzoekers verwachten daar met behulp van James Webb op korte termijn wel meer over te kunnen zeggen. Bijvoorbeeld nadat ze preciezer hebben kunnen vaststellen hoeveel sterren en superzware zwarte gaten er nu precies in het jonge universum te vinden waren. En uiteindelijk heeft dat ook weer implicaties voor ons en ons stukje van het heelal, zo stelt Silk. “De grote vraag is: wat is onze oorsprong? De zon is één van 100 miljard sterren in de Melkweg en in het midden van ons sterrenstelsel bevindt zich ook een zwaar zwart gat. Wat is het verband tussen die twee?” Op dit moment moeten wetenschappers ons het antwoord schuldig blijven, maar dat gaat echt snel veranderen, zo voorspelt Silk. “Binnen een jaar hebben we zoveel betere data en zullen veel van onze vragen een antwoord beginnen te krijgen.”
…James Webb in het verleden ook al op zwarte gaten in het piepjonge universum is gestuit, die eigenlijk veel te zwaar zijn voor hun leeftijd? Lees er hier meer over!
