De James Webb Ruimtetelescoop heeft een opmerkelijke ontdekking gedaan: een galaxie die slechts 570 miljoen jaar na de Big Bang is gevormd, huisvest een extreem massief en snelgroeiend object. Deze vondst daagt de heersende theorieën over de vroege evolutie van galaxieën en zwarte gaten uit.
Een team van astronomen heeft met behulp van beelden van de James Webb Ruimtetelescoop de aanwezigheid van een actieve supermassieve zwarte gat binnen een galaxie bevestigd, slechts 570 miljoen jaar na de Big Bang. Deze galaxie, genaamd CANUCS-LRD-z8.6, maakt deel uit van een klasse van kleine, zeer verre galaxieën die wetenschappers in verwarring brengen. Het vertegenwoordigt een cruciaal stukje in de puzzel die de huidige opvattingen over de vorming van galaxieën en zwarte gaten in het vroege universum in twijfel trekt.
In de eerste drie jaren van studie heeft Webb steeds meer kleine, extreem verre en verrassend rode objecten onthuld, de zogenaamde Little Red Dots (LRD). Ondanks hun onverwachte overvloed blijven deze objecten een mysterie voor astronomen.
De ontdekking in CANUCS-LRD-z8.6, mogelijk dankzij de uitzonderlijke capaciteiten van Webb, biedt aanwijzingen in de zoektocht naar antwoorden. De nabij-infrarood spectrograaf (NIRSpec) maakte het mogelijk om het zwakke licht van deze verre galaxie te observeren en belangrijke spectrale kenmerken te detecteren die wijzen op de aanwezigheid van een groeiende zwarte gat.
Roberta Tripodi, hoofdonderzoeker en wetenschapper aan de Universiteit van Ljubljana, verklaarde: “Deze ontdekking is werkelijk buitengewoon. We hebben een galaxie waargenomen die minder dan 600 miljoen jaar na de Big Bang bestaat, en deze bevat niet alleen een supermassieve zwarte gat, maar deze groeit ook snel, veel sneller dan verwacht voor zo’n vroege galaxie. Dit daagt onze kennis over de vorming van zwarte gaten en galaxieën in het vroege universum uit en opent nieuwe onderzoekslijnen over hoe deze objecten zijn ontstaan.”
Het team analyseerde het spectrum van de galaxie, dat gas toonde dat sterk geïoniseerd is door energierijke straling en suggereerde dat het zich snel om een centrale bron draait. Deze kenmerken zijn indicatief voor een supermassieve zwarte gat in groei. De spectrale data maakten het mogelijk om de massa van de zwarte gat te schatten, wat onthulde dat deze ongewoon groot is voor een zo vroege fase van het universum.
Daarnaast stelde de spectroscopie van Webb onderzoekers in staat om de energie die op verschillende golflengten werd uitgezonden te meten, waarmee de fysieke eigenschappen van de galaxie werden gekarakteriseerd. Dit maakte het ook mogelijk om de stermassa te bepalen en deze te vergelijken met die van de zwarte gat.
Volgens Nicholas Martis, een medewerker van de Universiteit van Ljubljana die hielp bij de analyse, waren de gegevens van Webb cruciaal. “De kenmerken die door Webb zijn onthuld, toonden duidelijke signalen van een groeiende zwarte gat in het centrum van de galaxie, iets wat met eerdere technologie onmogelijk te detecteren was. Het meest opmerkelijke is dat de zwarte gat veel groter is dan de stermassa. Dit suggereert dat zwarte gaten in het vroege universum veel sneller konden groeien dan de galaxieën die hen huisvesten.”
CANUCS-LRD-z8.6 is de meest massieve gastgalaxie die tot nu toe bekend is uit zo’n vroege periode, maar de zwarte gat is nog massiever dan verwacht, waardoor de gebruikelijke relatie wordt doorbroken. Deze bevinding suggereert dat zwarte gaten zich mogelijk veel sneller hebben kunnen vormen en groeien in het vroege universum, zelfs in relatief kleine galaxieën.
Maruša Bradač, groepsleider aan de Universiteit van Ljubljana, voegde toe: “Deze ontdekking is een spannende stap in het begrip van de vorming van de eerste supermassieve zwarte gaten in het universum. De onverwacht snelle groei van de zwarte gat in deze galaxie roept vragen op over de processen die hebben toegestaan dat zulke massieve objecten zo snel konden ontstaan. Terwijl we de gegevens blijven analyseren, hopen we meer galaxieën zoals CANUCS-LRD-z8.6 te vinden, die ons nog waardevollere aanwijzingen kunnen bieden over de oorsprong van zwarte gaten en galaxieën.”
Het team plant al aanvullende observaties met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en met Webb, om het koude gas en het stof in de galaxie te bestuderen en meer inzicht te krijgen in de eigenschappen van de zwarte gat. Dit onderzoek naar de LRD beoogt cruciale vragen te beantwoorden over het vroege universum, zoals hoe zwarte gaten en galaxieën samen zijn geëvolueerd in de eerste miljard jaar van de kosmische geschiedenis.
Terwijl astronomen de vroegste stadia van het universum blijven verkennen met de JWST, worden meer verrassingen verwacht die een steeds gedetailleerder beeld zullen geven van hoe de eerste supermassieve zwarte gaten zijn gegroeid en geëvolueerd, en zo de basis hebben gelegd voor de vorming van de heldere quasars die het huidige heelal verlichten.
