De eeuwenoude vraag over de voorrang tussen sterrenstelsels en hun superzware zwarte gaten heeft mogelijk een definitief antwoord gevonden. Hoewel beide samen evolueerden, bleef de vraag wat het eerst kwam lange tijd open. Zoals columniste Leah Crane opmerkt, lijken recente bewijzen de doorslag te geven.
Met behulp van de beroemde analogie van romanschrijver en filosoof Samuel Butler uit 1878, die een kip beschrijft als de methode waarbij het ene ei het andere voortbrengt, kunnen we deze logica uitbreiden naar de kosmische relatie: een sterrenstelsel is misschien slechts het middel dat het ene zwarte gat gebruikt om een ander te laten ontstaan. Geconfronteerd met dit eeuwenoude dilemma van voorrang, kantelt de balans nu naar zwarte gaten.
Waarnemingen van alle massieve sterrenstelsels in het universum onthullen de aanwezigheid van een superzwaar zwart gat in hun centra. Deze verbinding is intrinsiek, waarbij de galactische massa het zwarte gat voedt, wat op zijn beurt het evolutionaire traject van de melkweg zelf beïnvloedt. De oorsprong van deze complexe interactie is echter altijd een fundamenteel mysterie in de kosmologie geweest. De vraag bleef bestaan: vestigt het zwarte gat zich eerst en trekt het materiaal aan om een sterrenstelsel te vormen, of ontwikkelt een sterrenstelsel zich en stort vervolgens de kern in, waardoor een zwart gat ontstaat?
Een centraal aspect van dit raadsel ligt in de schijnbare moeilijkheid om de vorming van superzware zwarte gaten te rechtvaardigen. Hun kolossale omvang lijkt de oorspronkelijke bestaansvoorwaarden te trotseren, vooral omdat ze minder dan 500 miljoen jaar na de oerknal ontstonden. Hoewel dit interval voor groei misschien lang lijkt, onthult een temporele analogie de omvang van het probleem: als de geschiedenis van het universum één jaar zou duren, met de oerknal op 1 januari en de huidige dag op 31 december, zouden de eerste superzware zwarte gaten medio januari al honderden miljoenen maal de zonnemassa hebben bereikt. De wetten van de natuurkunde bieden, in hun huidige inzichten, geen duidelijk pad voor zo’n enorme en versnelde ontwikkeling.
Momenteel worden vier mechanismen voorgesteld voor de vorming van superzware zwarte gaten. De meest directe betreft de vereniging van zwarte gaten met stellaire massa, die hun oorsprong vinden in de ineenstorting van reuzensterren. De levenscyclus en fusie van deze sterren zou echter honderden miljoenen tot miljarden jaren vergen, een tijd die in de begindagen van de kosmos niet bestond. De tweede theorie suggereert de vorming van een ‘massief zaadje’, mogelijk een van de eerste sterren, die primordiaal wordt genoemd, of een ster van donkere materie, of zelfs een sterrenhoop. Deze hypothese verschuift echter alleen maar de uitdaging, aangezien de creatie van een dergelijk zaadje nog steeds een aanzienlijke tijdsperiode zou vergen in de eerste 500 miljoen jaar van het universum, een onvoldoende periode. Twee alternatieven blijven dus het meest plausibel: directe ineenstorting, waarbij een enorme gaswolk, die door sterke straling wordt verhinderd sterren te vormen, direct ineenstort in een zwart gat, en het bestaan van oorspronkelijke zwarte gaten.
Primordiale zwarte gaten vertegenwoordigen een gebied van intense controverse, gezien het ontbreken van concreet bewijs voor hun bestaan, ondanks hun potentiële bruikbaarheid voor kosmisch begrip. Hoewel het zelfs nog exotischer concepten zijn, drukt de columnist persoonlijke scepsis uit, maar de hoop dat ze bestaan. Indien bevestigd, zouden ze in de eerste momenten na de oerknal zijn ontstaan, niet door de ineenstorting van sterren (die toen nog niet bestonden), maar door de extreme druk van het opkomende heelal. Hoewel de grootste belangstelling in het algemeen draait om hun potentiële kleinheid in vergelijking met andere typen, zou het relevante type voor de context van galactische vorming in feite kolossaal zijn, aangezien ze hun oorsprong vonden in grote dimensies en vóór enige andere structuur.
Als oorspronkelijke zwarte gaten een realiteit zijn en de versnelde en enorme groei van superzware zwarte gaten aan het begin van het universum kunnen verklaren, zouden we een sluitende oplossing hebben voor de kosmische kip-en-ei-kwestie. In dit scenario kunnen sterrenstelsels zich niet in een zo vroeg stadium hebben gevormd als deze zwarte gaten. Tot voor kort ontbrak het bewijs dat deze hypothese ondersteunde.
Deze situatie begon echter te veranderen. Dankzij de technologische vooruitgang van de James Webb Space Telescope (JWST) is het nu mogelijk om het begin van het universum met ongekende helderheid te onderzoeken. Elke waarneming diep in de kosmische tijd heeft de aanwezigheid van superzware zwarte gaten onthuld. Interessant genoeg verandert de morfologie van sterrenstelsels drastisch naarmate we teruggaan in de tijd. Een van de meest opmerkelijke bevindingen van JWST was de identificatie van honderden afgelegen, voorheen onbekende sterrenstelsels, bijgenaamd “kleine rode stippen”, gekenmerkt door hun kleine formaat, roodachtige kleur en extreme afstand.
Om te bevestigen dat deze structuren in feite sterrenstelsels waren, was een analyseperiode nodig, maar nu is er een hoge mate van zekerheid. Als we deze classificatie aanvaarden, vallen zwarte gaten in hun kern op door hun buitengewone omvang en extreem snelle rotatie. Hoewel andere raadsels blijven bestaan, is de grootte van deze zwarte gaten de meest intrigerende factor. In 2024 bleek uit onderzoek dat deze zwarte gaten tussen de 20% en 70% van de totale massa van hun sterrenstelsels vertegenwoordigden – een aandeel dat veel hoger is dan dat van de meeste superzware zwarte gaten in meer ontwikkelde gaststelsels, waarvoor geen overtuigende verklaring bestond.
Opnieuw bleek de James Webb-ruimtetelescoop van fundamenteel belang. Dankzij een gelukkig geometrisch toeval dat het licht versterkte van een ‘klein rood stipje’ geïdentificeerd als Abell 2744-QSO1 (of gewoon QS01), hebben astronomen een ongekend perspectief gekregen op een sterrenstelsel dat slechts 700 miljoen jaar na de oerknal bestond. Deze kans was cruciaal om het begrip van de kosmische evolutie te bevorderen. Door de buitengewoon hoge snelheid te analyseren van het gas dat rond het galactische centrum draait, was het mogelijk om de massa van QS01 en zijn centrale zwarte gat te bepalen – een soort meting die nog nooit eerder was uitgevoerd voor een zwart gat op zo’n afgelegen tijdstip in het heelal, vóór een miljard jaar na de oerknal. Uit de resultaten bleek dat het zwarte gat ongeveer 50 miljoen zonsmassa’s heeft, terwijl het sterrenstelsel in zijn geheel niet groter is dan 75 miljoen zonsmassa’s.
Gegeven deze verhoudingen zijn er slechts twee verklaringen haalbaar: de directe ineenstorting van een gaswolk of het bestaan van een primordiaal zwart gat. Geen van deze theorieën gaat ervan uit dat de vorming van het sterrenstelsel voorafging aan die van het zwarte gat. Voor dit specifieke sterrenstelsel lijkt het zwarte gat in het centrum dus het kosmische ‘ei’ te zijn geweest, dat als eerste tevoorschijn kwam. Het oude dilemma lijkt, althans in dit geval, opgelost.
Uiteraard biedt de wetenschap zelden zulke directe oplossingen zonder nieuwe vragen. De volgende stap is het onderzoeken van zoveel mogelijk andere ‘kleine rode stippen’ om te zien of QS01 een typisch geval vertegenwoordigt, naast het verdiepen van ons begrip van het exacte vormingsproces van zijn zwarte gat en de samenstelling van de rest van de Melkweg. Deze toekomstige onderzoeken zullen ongetwijfeld een groot aantal nieuwe mysteries aan het licht brengen. Het is echter essentieel om deze belangrijke prestatie te vieren, die ons voorlopig in staat stelt te bevestigen: het ‘ei’ – het zwarte gat – kwam feitelijk op de eerste plaats.
