Maar waarom is het zo'n monster? De illustratie van deze kunstenaar legt het verste superzware zwarte gat vast dat mensen hebben ontdekt. De snelle groeisnelheid zorgt ervoor dat astronomen hun hoofd krabben. Robin Dienel/Carnegie Instituut voor Wetenschap

Astronomen hebben het verste zwarte gat ontdekt dat ooit is waargenomen - en het is verbazingwekkend groot voor zijn jonge leeftijd.

Met een gewicht van 800 miljoen zonsmassa's, dit superzware exemplaar werd gevonden in het centrum van een jong sterrenstelsel dat krachtige straling genereert. Bekend als een quasar, dit type melkweg verlichtte het vroege heelal, en hun extreme activiteit werd aangedreven door de dynamo's van het zwarte gat in hun kernen. Maar dit zwarte gat is veel groter dan verwacht voor zo'n jong sterrenstelsel.

"Dit zwarte gat werd veel groter dan we hadden verwacht in slechts 690 miljoen jaar na de oerknal, die onze theorieën over de vorming van zwarte gaten uitdaagt, " zei Daniel Stern in een verklaring van NASA's Jet Propulsion Laboratory. Stern is de co-auteur van een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Kosmische geboorte en de donkere middeleeuwen

Laten we verder terug in de tijd reizen om volledig te beseffen hoe baanbrekend deze ontdekking is.

Na de oerknal, het snel uitdijende heelal was gevuld met een hete soep van geïoniseerd gas, een plasma genoemd. Naarmate de tijd verstreek en het universum afkoelde, dit plasma condenseerde tot neutrale atomen (voornamelijk waterstof, waarbij één proton combineert met een elektron). Tot op dit punt, het heelal had geen sterren en geen sterrenstelsels; er was gewoon niet genoeg tijd geweest om dingen onder de zwaartekracht samen te laten klonteren om sterren te creëren. Deze periode werd toepasselijk de "donkere middeleeuwen" genoemd omdat de enige straling die in die tijd bestond de achtergrondgloed van de oerknal zelf was, en het werd snel roodverschoven naarmate het universum uitdijde. Roodverschuiving treedt op wanneer het uitdijende heelal licht uitrekt van korte golflengten naar lange golflengten.

Toen de eerste sterren ontstonden en door hun onderlinge zwaartekracht werden bijeengedreven om de eerste sterrenstelsels te vormen, echter, het universum onderging een monumentale verandering.

Deze eerste sterrenstelsels genereerden krachtige straling die het neutrale waterstofgas afbrak, het strippen van de elektronen van protonen. bekend als "reionisatie, " het universum werd opnieuw een plasmatoestand. Normaal gesproken, dit sterk geïoniseerde gas zou ondoorzichtig zijn voor straling, maar sinds het heelal was uitgezet en afgekoeld, het plasma was zo verspreid dat het licht van de sterrenstelsels vrijwel ongehinderd door de intergalactische ruimte reisde. Het is alsof de kosmos de starlight-schakelaar heeft omgedraaid.

Ontstaan ​​uit de kosmische dageraad

Dus, wat heeft dit superzware zwarte gat te maken met deze dramatische kosmische transformatie?

Observaties van de quasar, genaamd ULAS J1342+0928, hebben aangetoond dat het omgeven is door neutrale waterstof. De neutrale waterstof die rond deze babymelkweg bestaat, betekent dat het... nog maar net voortgekomen uit deze reïoniseringsperiode, waardoor het het vroegste sterrenstelsel is dat we kan zien, omdat het een van de eerste populaties van sterrenstelsels is die zich heeft gevormd.

"De nieuwe quasar is zelf een van de eerste sterrenstelsels, en toch herbergt het al een kolossaal zwart gat zo massief als andere in het huidige universum!" zei co-auteur Xiaohui Fan, die werkt aan de Universiteit van Arizona, in een persbericht.

Het detecteren van dit object was geen gemakkelijke taak. Het licht van J1342+0928 heeft er meer dan 13 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken, dus het is extreem zwak en erg roodverschoven. Quasars waren krachtige generatoren van kortegolfstraling, zoals röntgenstralen. Maar na 13 miljard lichtjaar te hebben gereisd, de straling is uitgerekt tot het infrarode deel van het spectrum, dus alleen de meest gevoelige infrarood-surveytelescopen kunnen het detecteren.

Met behulp van gegevens die zijn gegenereerd door een internationale trifecta van krachtige telescopen, de onderzoekers waren in staat om quasar-kandidaten te zoeken in de verste uithoeken van de kosmos. Eenmaal geïdentificeerd, andere observatoria hielpen mee om dit extreme object te karakteriseren.

Het Gemini Observatorium in Hawaï, bijvoorbeeld, hielp bij het bepalen van de enorme massa van het zwarte gat door het infraroodspectrum te onderzoeken om de activiteit van het zwarte gat te meten. Quasars waren zulke krachtige generatoren van straling in het vroege heelal omdat de superzware zwarte gaten in hun kernen toegang hadden tot een enorme hoeveelheid materiaal. Terwijl ze deze materie snel consumeerden, de zwarte gaten vormden een enorme, hete en stralende accretieschijf, het kenmerkende licht van de quasars creëren dat over miljarden lichtjaren kan worden gezien.

De volgende stap is om te zoeken naar meer quasars zoals J1342+0928, en de onderzoekers schatten dat er tussen de 20 en 100 quasars zoals deze over de hele hemel moeten zijn.

Quasar is een afkorting voor quasi-stellaire radiobron. De afgebeelde, 3C 273, is de eerste die astronomen ooit hebben geïdentificeerd, en het is ook de slimste. ESA/Hubble &NASA

Te groot?

Nu we weten dat J1342+0928 de thuisbasis is van een superzwaar zwart gat van 800 miljoen zonsmassa, de grote vraag is, hoe is het in godsnaam zo gigantisch geworden?

Enkele van de grootste vragen die over de moderne kosmologie en astrofysica hangen, richten zich op superzware zwarte gaten. Van deze monsters is bekend dat ze zich verbergen in de kernen van de meeste sterrenstelsels, inclusief die van ons, en we weten dat ze de massa van een miljard zonnen kunnen hebben. Proberen uit te leggen hoe de superzware zwarte gaten in ons moderne universum genoeg materie verbruikten om zo groot te worden, is al moeilijk genoeg, maar het vinden van een monster met 800 miljoen zonnemassa dat slechts 690 miljoen jaar na de oerknal bestond, is een serieuze schrik. Hoe is dit babyzwarte gat zo snel zo groot geworden?

De mechanismen achter de aanwas van zwarte gaten zijn slecht begrepen, maar de onderzoekers suggereren dat dit voorbeeld misschien een "vroege bloeier" was met een extreem actieve jeugd, alleen om zich te vestigen als een "normaal" superzwaar zwart gat in een groot elliptisch sterrenstelsel.

"Als het zich in een dichter dan gemiddeld deel van het universum bevindt, het kan een eerdere start in het leven krijgen en sneller groeien, ' zegt Fan in een verklaring.

"Deze bevinding laat zien dat er duidelijk een proces bestond in het vroege heelal om dit monster te maken, " voegde astronoom Eduardo Bañados toe, aan de Carnegie Institution for Science die de internationale studie leidde. "Wat dat proces is? Nou, dat zal theoretici erg bezig houden!"

Dat is nu interessant

Het heelal is 13,8 miljard jaar oud, dus 690 miljoen jaar vertegenwoordigt slechts 5 procent van de leeftijd van ons universum.