Zwarte gaten bestonden niet alleen aan het begin der tijden, ze brachten ook nieuwe sterren voort en zorgden voor een enorme vorming van sterrenstelsels, zo blijkt uit een nieuwe analyse van gegevens van de James Webb Space Telescope.

De inzichten zetten theorieën over hoe zwarte gaten de kosmos vormgeven op hun kop en stellen het klassieke begrip dat ze ontstonden nadat de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden, ter discussie. In plaats daarvan zouden zwarte gaten de geboorte van nieuwe sterren dramatisch kunnen hebben versneld gedurende de eerste 50 miljoen jaar van het universum, een vluchtige periode binnen zijn 13,8 miljard jaar durende geschiedenis.

‘We weten dat deze monsterlijke zwarte gaten voorkomen in het centrum van sterrenstelsels nabij onze Melkweg, maar de grote verrassing is nu dat ze ook aan het begin van het heelal aanwezig waren en bijna als bouwstenen of zaden voor vroege sterrenstelsels leken’ hoofdauteur Joseph Silk, professor aan de afdeling natuurkunde en astronomie aan de Johns Hopkins University en aan het Institute of Astrophysics, Parijs, Sorbonne University. "Ze hebben echt alles een boost gegeven, als gigantische versterkers van stervorming, wat een hele ommekeer is van wat we eerder voor mogelijk hielden - zozeer zelfs dat dit ons begrip van hoe sterrenstelsels ontstaan ​​volledig zou kunnen opschudden."

Het werk is onlangs gepubliceerd in de Astrofysical Journal Letters .

Verre sterrenstelsels uit het zeer vroege heelal, waargenomen door de Webb-telescoop, lijken veel helderder dan wetenschappers hadden voorspeld en onthullen ongebruikelijk hoge aantallen jonge sterren en superzware zwarte gaten, zei Silk.

Conventionele wijsheid stelt dat zwarte gaten ontstonden na de ineenstorting van superzware sterren en dat sterrenstelsels ontstonden nadat de eerste sterren het donkere vroege heelal verlichtten. Maar de analyse van Silks team suggereert dat zwarte gaten en sterrenstelsels gedurende de eerste 100 miljoen jaar naast elkaar hebben bestaan ​​en elkaars lot hebben beïnvloed. Als de hele geschiedenis van het universum een ​​kalender van twaalf maanden zou zijn, zouden die jaren lijken op de eerste dagen van januari, zei Silk.

‘Wij beweren dat een zwart gat verpletterde gaswolken uitstroomt, waardoor deze in sterren veranderen en de snelheid van de stervorming enorm wordt versneld’, zegt Silk. "Anders is het heel moeilijk te begrijpen waar deze heldere sterrenstelsels vandaan komen, omdat ze in het vroege heelal doorgaans kleiner zijn. Waarom zouden ze in vredesnaam zo snel sterren maken?"

Zwarte gaten zijn gebieden in de ruimte waar de zwaartekracht zo sterk is dat niets aan hun aantrekkingskracht kan ontsnappen, zelfs licht niet. Vanwege deze kracht genereren ze krachtige magnetische velden die hevige stormen veroorzaken, turbulent plasma uitstoten en zich uiteindelijk gedragen als enorme deeltjesversnellers, zei Silk. Dit proces, zo zei hij, is waarschijnlijk de reden waarom de detectoren van Webb meer van deze zwarte gaten en heldere sterrenstelsels hebben opgemerkt dan wetenschappers hadden verwacht.

"We kunnen deze gewelddadige winden of jets niet helemaal heel ver weg zien, maar we weten dat ze aanwezig moeten zijn omdat we al vroeg in het universum veel zwarte gaten zien", legt Silk uit. "Deze enorme winden die uit de zwarte gaten komen, verpletteren nabijgelegen gaswolken en veranderen ze in sterren. Dat is de ontbrekende schakel die verklaart waarom deze eerste sterrenstelsels zoveel helderder zijn dan we hadden verwacht."

Het team van Silk voorspelt dat het jonge universum twee fasen kende. Tijdens de eerste fase versnelde de snelle uitstroom uit zwarte gaten de stervorming, en in een tweede fase vertraagde de uitstroom. Een paar honderd miljoen jaar na de oerknal stortten gaswolken in als gevolg van superzware magnetische stormen met zwarte gaten, en werden nieuwe sterren geboren in een tempo dat veel hoger was dan dat wat miljarden jaren later in normale sterrenstelsels werd waargenomen, zei Silk. De vorming van sterren vertraagde omdat deze krachtige uitstroom overging in een staat van energiebesparing, zei hij, waardoor er minder gas beschikbaar was om sterren in sterrenstelsels te vormen.

‘We dachten dat sterrenstelsels in het begin ontstonden toen een gigantische gaswolk instortte’, legt Silk uit. ‘De grote verrassing is dat er een zaadje in het midden van die wolk zat – een groot zwart gat – en dat hielp het binnenste deel van die wolk snel in sterren te veranderen, in een tempo dat veel groter was dan we ooit hadden verwacht. En zo ontstonden de eerste sterrenstelsels. zijn ongelooflijk helder."

Het team verwacht dat toekomstige Webb-telescoopwaarnemingen, met nauwkeurigere tellingen van sterren en superzware zwarte gaten in het vroege heelal, hun berekeningen zullen helpen bevestigen. Silk verwacht dat deze observaties wetenschappers ook zullen helpen meer aanwijzingen over de evolutie van het universum te verzamelen.

"De grote vraag is:wat was ons begin? De zon is één ster op de 100 miljard in het Melkwegstelsel, en er zit ook een enorm zwart gat in het midden. Wat is het verband tussen die twee?" hij zei. "Binnen een jaar zullen we zoveel betere gegevens hebben en zullen veel van onze vragen beantwoord worden."

Auteurs zijn onder meer Colin Norman en Rosemary FG Wyse van Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman van de Universiteit van Colorado en het National Institute of Standards and Technology; en Adi Nusser van het Israel Institute of Technology.

Meer informatie: Joseph Silk et al., Wat was er eerst:superzware zwarte gaten of sterrenstelsels? Inzichten uit JWST, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1bf0

Journaalinformatie: Astrofysische dagboekbrieven

Aangeboden door Johns Hopkins Universiteit