Wetenschap
Webb detecteert de verste samensmelting van zwarte gaten tot nu toe
Een internationaal team van astronomen heeft de James Webb-ruimtetelescoop van NASA/ESA/CSA gebruikt om bewijs te vinden voor een voortdurende fusie van twee sterrenstelsels en hun enorme zwarte gaten toen het universum nog maar 740 miljoen jaar oud was. Dit is de verste detectie ooit van een samensmelting van zwarte gaten en de eerste keer dat dit fenomeen zo vroeg in het universum is gedetecteerd.
Astronomen hebben superzware zwarte gaten gevonden met massa's van miljoenen tot miljarden maal die van de zon in de meest massieve sterrenstelsels in het plaatselijke universum, inclusief in ons Melkwegstelsel. Deze zwarte gaten hebben waarschijnlijk een grote impact gehad op de evolutie van de sterrenstelsels waarin ze zich bevinden. Wetenschappers begrijpen echter nog steeds niet volledig hoe deze objecten zo groot zijn geworden.
De vondst van gigantische zwarte gaten die zich al in de eerste miljard jaar na de oerknal bevonden, geeft aan dat een dergelijke groei zeer snel en heel vroeg moet hebben plaatsgevonden. Nu werpt de James Webb Ruimtetelescoop nieuw licht op de groei van zwarte gaten in het vroege heelal.
De nieuwe Webb-waarnemingen hebben bewijs geleverd voor een voortdurende samensmelting van twee sterrenstelsels en hun enorme zwarte gaten toen het universum nog maar 740 miljoen jaar oud was. Het systeem staat bekend als ZS7. Het onderzoek is gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Enorme zwarte gaten die actief materie aan het verzamelen zijn, hebben onderscheidende spectrografische kenmerken waardoor astronomen ze kunnen identificeren. Voor zeer verre sterrenstelsels, zoals die in dit onderzoek, zijn deze kenmerken niet toegankelijk vanaf de grond en kunnen ze alleen worden gezien met Webb.
“We hebben bewijs gevonden voor zeer dicht gas met snelle bewegingen in de buurt van het zwarte gat, evenals voor heet en sterk geïoniseerd gas dat wordt verlicht door de energetische straling die doorgaans wordt geproduceerd door zwarte gaten tijdens hun aanwas,” legt hoofdauteur Hannah Übler van het onderzoek uit. Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk "Dankzij de ongekende scherpte van de beeldvormingsmogelijkheden heeft Webb ons team ook in staat gesteld de twee zwarte gaten ruimtelijk van elkaar te scheiden."
Het team ontdekte dat een van de twee zwarte gaten een massa heeft die 50 miljoen keer de massa van de zon is. "De massa van het andere zwarte gat is waarschijnlijk vergelijkbaar, hoewel het veel moeilijker te meten is omdat dit tweede zwarte gat verborgen is in dicht gas", legt teamlid Roberto Maiolino van de universiteiten van Cambridge en University College London in het Verenigd Koninkrijk uit.
‘Onze bevindingen suggereren dat samensmelting een belangrijke route is waarlangs zwarte gaten snel kunnen groeien, zelfs bij kosmische dageraad’, legt Übler uit. "Samen met andere Webb-bevindingen van actieve, massieve zwarte gaten in het verre heelal laten onze resultaten ook zien dat massieve zwarte gaten vanaf het allereerste begin de evolutie van sterrenstelsels hebben bepaald."
"De stellaire massa van het systeem dat we hebben bestudeerd is vergelijkbaar met die van onze buurman, de Grote Magelhaanse Wolk", zegt teamlid Pablo G. Pérez-González van het Centro de Astrobiología (CAB), CSIC/INTA, in Spanje. "We kunnen ons proberen voor te stellen hoe de evolutie van samensmeltende sterrenstelsels zou kunnen worden beïnvloed als elk sterrenstelsel één superzwaar zwart gat zou hebben dat even groot of groter zou zijn dan het zwarte gat dat we in de Melkweg hebben."
Het team merkt ook op dat zodra de twee zwarte gaten samensmelten, ze ook zwaartekrachtgolven zullen genereren. Gebeurtenissen als deze zullen waarneembaar zijn met de volgende generatie zwaartekrachtgolfobservatoria, zoals de komende Laser Interferometer Space Antenna (LISA)-missie, die onlangs werd goedgekeurd door de European Space Agency en het eerste in de ruimte gestationeerde observatorium zal zijn dat zich toelegt op het bestuderen van zwaartekrachtgolven. golven.
"De resultaten van Webb vertellen ons dat lichtere systemen die door LISA kunnen worden gedetecteerd veel vaker voorkomen dan eerder werd aangenomen", zegt LISA-hoofdprojectwetenschapper Nora Luetzgendorf van de European Space Agency in Nederland. "Het zal ons hoogstwaarschijnlijk ertoe aanzetten onze modellen voor LISA-tarieven in dit massabereik aan te passen. Dit is slechts het topje van de ijsberg."
Deze ontdekking was het gevolg van waarnemingen gedaan als onderdeel van het Galaxy Assembly met NIRSpec Integral Field Spectroscopy-programma. Het team heeft onlangs een nieuw groot programma in Webb's cyclus 3 van waarnemingen gekregen, om de relatie tussen massieve zwarte gaten en hun gaststelsels in de eerste miljard jaar in detail te bestuderen.
Een belangrijk onderdeel van dit programma zal het systematisch zoeken naar en karakteriseren van samensmeltingen van zwarte gaten zijn. Deze inspanning zal de snelheid bepalen waarmee het samensmelten van zwarte gaten plaatsvindt in vroege kosmische tijdperken en de rol van het samensmelten in de vroege groei van zwarte gaten en de snelheid waarmee zwaartekrachtsgolven worden geproduceerd vanaf het begin der tijden.