Wetenschappers hebben het meest afgelegen slapende zwarte gat ooit ontdekt, waarvan de oorsprong verloren is gegaan in het vroege heelal.
Om de beginfasen van de kosmos te begrijpen, observeren astronomen vaak quasars, dit zijn superzware zwarte gaten die volop materie consumeren en een intense helderheid uitstralen. Deze spectaculaire verschijnselen vertellen echter niet het volledige verhaal. Nu biedt de identificatie van het verst bekende slapende zwarte gat een unieke blik op een kolossale kosmische entiteit die zijn activiteit heeft gestaakt.
De mondiale onderzoeksgroep heeft, met deelname van wetenschappers van University College London (UCL), dit zwarte gat gelokaliseerd in het sterrenstelsel MRG-M0138, gelegen op een afstand van meer dan 10 miljard lichtjaar van onze planeet. Deze bevinding, beschreven in het tijdschrift Science, overtreft het afstandsrecord voor een inactief zwart gat vijftien keer.
Met een geschatte massa van ongeveer 6 miljard keer die van de zon, wordt dit zwarte gat waargenomen in een tijd dat het universum nog maar 3 miljard jaar oud was. Terwijl actieve quasars aanwijzingen bieden over versnelde groei, onthult de aanwezigheid van een slapende reus de rustigere fasen, wat een unieke kans biedt om de co-evolutie van massieve zwarte gaten en hun gaststelsels in de vroege stadia van het universum te onderzoeken.
Om de kolossale massa te berekenen, gebruikten onderzoekers gegevens van NASA’s James Webb Space Telescope (JWST), waarmee ze nauwkeurig de verplaatsingen van sterren in een baan om het object in kaart brachten, die anders onmerkbaar zouden blijven. Hoewel deze techniek, bekend als stellaire dynamica, al is gebruikt om inactieve zwarte gaten in nabijgelegen sterrenstelsels te meten, is dit de eerste succesvolle toepassing op zo’n immense afstand in de kosmos.
Professor Richard Ellis, onderzoeksleider en lid van de afdeling Natuurkunde en Sterrenkunde van de UCL, benadrukte het belang van de ontdekking. Hij legde uit dat “het analyseren van de collectieve beweging van sterren in het centrum van dit afgelegen sterrenstelsel het mogelijk heeft gemaakt om de massa van zijn superzware zwarte gat te meten, iets dat anders onmogelijk te detecteren zou zijn.” Hij voegde eraan toe dat “door de toepasbaarheid van deze benadering op sterrenstelsels in het vroege heelal te bewijzen, dit de weg opent voor een diepgaander onderzoek naar de ontwikkeling van zwarte gaten in de loop van de tijd en hun invloed op de evolutie van galactische systemen.”
Begrijp hoe de massa van een onzichtbaar zwart gat werd berekend
Zwarte gaten stralen van nature geen licht rechtstreeks uit, maar het gas dat ze opvangen kan enorme hoeveelheden stralingsenergie vrijgeven. Deze punten met intense helderheid, bekend als actieve galactische kernen of quasars, behoren tot de helderste in het universum en zijn relatief eenvoudig te detecteren.
In tegenstelling tot quasars verkeert het superzware zwarte gat in het sterrenstelsel MRG-M0138 in een staat van inactiviteit. Zonder dat er op dat moment gas in de richting ervan neersloeg, was de detectie ervan door astronomen alleen mogelijk door het observeren van de zwaartekrachtinvloed die werd uitgeoefend op de sterren in de omgeving.
Door de geconjugeerde bewegingspatronen van de sterren rond de kern van het sterrenstelsel te analyseren, bevestigde het team het bestaan van het zwarte gat en kon het de massa ervan schatten. De variatie in snelheden tussen de sterren die zich het dichtst bij het zwarte gat bevinden en de sterren die het verst weg zijn, vormden de cruciale elementen voor deze meting.
Deze methodologie weerspiegelt de methodologie die wordt gebruikt om de massa te bepalen van het zwarte gat in het hart van de Melkweg, ons sterrenstelsel, en ook in andere nabijgelegen sterrenstelsels. Dit vertegenwoordigt echter de eerste toepassing voor een hemellichaam dat zich op zo’n buitengewone afstand bevindt. Voorheen bevond het meest afgelegen galactische object dat met deze techniek werd onderzocht zich op een afstand van ongeveer 700 miljoen lichtjaar.
Hoe zwaartekrachtlenzen een historische ontdekking mogelijk maakten
Normaal gesproken zou het observeren van de bewegingen van sterren in zo’n ver sterrenstelsel een onhaalbare taak zijn. Wetenschappers hebben deze moeilijkheid overwonnen door gebruik te maken van het fenomeen zwaartekrachtlens, dat werkt als een natuurlijke kosmische versterking.
Een tussenliggend sterrenstelsel, gelegen tussen de aarde en MRG-M0138, werkt door het licht dat uit het verre sterrenstelsel komt, te buigen en opnieuw te richten, wat resulteerde in een dertigvoudige vergroting van het beeld. Dankzij deze functie konden onderzoekers de interne configuratie van de Melkweg reconstrueren met een precisie die anders onbereikbaar zou zijn geweest.
Dr. Andrew Newman, hoofdauteur bij Carnegie Science in Pasadena, Californië, gaf commentaar op de methode. Hij verklaarde dat “het combineren van JWST-gegevens met het effect van zwaartekrachtlenzen ons in staat stelde diep in het invloedsgebied van het zwarte gat te dringen, waar de zwaartekracht de sterren versnelt.” Newman beschreef het vervolgens als “een van de meest effectieve technieken die we hebben om de massa van een zwart gat te meten, wat ons enthousiast maakte om het zo ver terug in de geschiedenis van het universum toe te passen.” Eerder waren er slechts een paar inactieve zwarte gaten van deze omvang geïdentificeerd, die zich allemaal aanzienlijk dichter bij onze planeet bevonden.
Nieuwe inzichten in de evolutie van sterrenstelsels door ontdekking
Deze bevinding biedt cruciale aanwijzingen over de gezamenlijke evolutie van sterrenstelsels en hun centrale zwarte gaten in de vroege tijdperken van het universum. Hoewel observaties van naburige sterrenstelsels een robuuste correlatie hebben aangetoond tussen de massa van galactische sterrenstelsels en de massa van het zwarte gat, hebben wetenschappers nog steeds meer informatie uit oudere kosmische fasen nodig om de ontstaansgeschiedenis van deze onderlinge verbinding te ontrafelen.
De studiegroep ontdekte dat zowel het zwarte gat als zijn gaststelsel inactief zijn. Het sterrenstelsel genereert niet langer nieuwe sterren, wat leidt tot de veronderstelling dat MRG-M0138 in het verre verleden mogelijk een extreem heldere quasar heeft gehost. De hypothese van de onderzoekers is dat bij de snelle groei van het zwarte gat energie vrijkwam die, door het verwarmen of uitstoten van essentieel gas, de vorming van nieuwe sterren op beslissende wijze vertraagde.
Er bestaat de verwachting onder wetenschappers dat toekomstige waarnemingen, uitgevoerd met de James Webb Space Telescope (JWST) en andere instrumenten, nog veel meer slapende zwarte gaten uit de oertijdperken van het universum aan het licht zullen brengen. Dergelijke onthullingen zouden het begrip kunnen verdiepen van hoe deze kosmische entiteiten de creatie van sterren verhinderen en hoe slapende zwarte gaten kunnen worden gereactiveerd met de instroom van nieuwe materie.