De ontdekking levert belangrijke informatie op over hoe deze extreme objecten zo kort na de oerknal zijn gevormd en gegroeid.

Onderzoekers hebben een superzwaar zwart gat ontdekt dat al bestond toen het heelal nog geen miljard jaar oud was. Bovendien blijkt het zwarte gat omringd te zijn door zeker zes sterrenstelsels omhuld in gas. Het lijkt daarom een beetje op een kosmisch ‘spinnenweb’. Het is een bijzondere ontdekking. Want het biedt ons meer inzicht in hoe superzware gaten ontstaan en zo snel hun enorme afmetingen hebben kunnen bereiken.

Kosmisch spinnenweb
Onderzoekers kwamen het kosmische spinnenweb op het spoor met behulp van ESO’s Very Large Telescope (VLT). De waarnemingen tonen diverse sterrenstelsels verstrikt in een web van gas rondom een superzwaar zwart gat van maar liefst een miljard zonmassa’s. Het hele spinnenweb is 300 keer zo groot als het Melkwegstelsel. Het opgevangen licht van het web stamt uit de tijd dat het heelal nog piepjong was: zo’n 900 miljoen jaar oud. “De kosmische webfilamenten zijn als de draden van een spinnenweb,” legt onderzoeker Marco Mignoli uit. “De stelsels liggen en groeien op plekken waar de filamenten elkaar kruisen. En het gas, dat zowel de sterrenstelsels als het centrale superzware zwarte gat voedt, stroomt langs deze filamenten.”


Artistieke impressie van het web van het superzware zwarte gat, met daaromheen zes sterrenstelsels die in het web verstrikt zitten. Afbeelding: ESO/L. Calçada

De ontdekking is een belangrijk stukje in de nog onvolledige puzzel over hoe het kan dat het piepjonge heelal al enorme objecten herbergde. Het jonge universum is al lange tijd een groot raadsel voor astronomen. Verschillende studies hebben namelijk in het piepjonge heelal volwassen sterrenstelsels en zelfs superzware zwarte gaten met enkele miljarden keren zoveel massa als onze zon aangetroffen (zie kader). En dat is best vreemd. Het betekent dat de eerste zwarte gaten, die kunnen zijn ontstaan door de ineenstorting van de eerste sterren, heel snel zijn gegroeid. Anders zouden ze binnen de eerste 900 miljoen jaar in het bestaan van het heelal nooit massa’s van een miljard zonnen hebben bereikt. Astronomen worstelen echter met de vraag hoe deze objecten in zo’n korte tijd zoveel gas konden verzamelen om hun grootte te kunnen verklaren. De nu ontdekte structuur biedt echter een bevredigende verklaring: het ontdekte spinnenweb en de sterrenstelsels daarbinnen bevatten namelijk voldoende gas om het centrale zwarte gat snel tot een superzware reus te doen uitgroeien.

Superzware zwarte gaten
Superzware zwarte gaten bevinden zich in het centrum van sterrenstelsels. Ze kunnen wel miljoenen en zelfs miljarden keren zwaarder zijn dan onze zon. Hoewel ze tegenwoordig veel voorkomen, is het onduidelijk wanneer ze precies voor het eerst zijn gevormd en hoeveel er in het jonge heelal bestonden. Onderzoek met behulp van krachtige telescopen leidt nog regelmatig tot de ontdekking van nieuwe, supermassieve zwarte gaten. Zo ontdekte astronomen bijvoorbeeld vorig jaar nog 83 superzware zwarte gaten in het piepjonge heelal.

Het onderzoek bevestigt de theorie dat zwarte gaten snel kunnen groeien in grote, web-achtige structuren die grote hoeveelheden gas bevatten waarmee ze zich kunnen voeden. “Dit onderzoek werd voornamelijk geleid door de wens om enkele van de meest uitdagende astronomische objecten te leren begrijpen: superzware zwarte gaten in het vroege heelal,” zegt Mignoli. “Tot nu toe hadden we geen goede verklaring voor het bestaan van deze extreme systemen.” De ontdekking levert dan ook hele belangrijke informatie op over hoe deze extreme objecten zo kort na de oerknal zijn ontstaan en zo snel hun enorme afmetingen hebben bereikt.

Web
Het betekent dat we nu beter begrijpen hoe de zwarte gaten zo kort na de oerknal zijn gevormd en gegroeid: dankzij het web. Maar hoe ontstond dit web? Astronomen denken dat reusachtige halo’s van donkere materie daaraan ten grondslag liggen. Dit zijn grote bronnen van zwaartekracht gevuld met donkere materiedeeltjes. Onderzoekers vermoeden dat deze grote gebieden van onzichtbare materie vroeg in de geschiedenis van het heelal enorme hoeveelheden gas hebben aangetrokken. Vervolgens ontstond uit dit gas en de onzichtbare materie een web-achtige structuur, waarin sterrenstelsels en zwarte gaten het levenslicht zagen. “Onze ontdekking onderbouwt het idee dat de verste en zwaarste zwarte gaten zijn ontstaan binnen massarijke halo’s van donkere materie in grootschalige structuren,” concludeert onderzoeker Colin Norman.


De bevindingen uit de studie zijn erg verhelderend. Bovendien is dit de eerste keer dat er zo’n hechte groep zo kort na de oerknal is waargenomen. Hoewel de ontdekking van zes sterrenstelsels in het web al een hele prestatie op zich is, zou het goed kunnen dat er zich nog veel meer sterrenstelsels in het web ophouden. “We denken dat we alleen het topje van de ijsberg hebben gezien,” zegt onderzoeker Barbara Balmaverde. “De weinige sterrenstelsels die tot nu toe rond dit superzware zwarte gat zijn ontdekt zijn waarschijnlijk slechts de helderste.” En dus gaat onderzoek door. We moeten daarvoor echter wel even wachten op de Extremely Large Telescope (ELT) die ESO momenteel in de Atacama-woestijn aan het bouwen is. Dit wordt de grootste optische/nabij-infraroodtelescoop ter wereld. Uitgerust met de meest krachtige instrumenten, zal deze telescoop in staat zijn om meerdere zwakkere sterrenstelsels rondom enorme zwarte gaten in het piepjonge heelal te onthullen. En dat zal de oplossing voor dit kosmische mysterie nog dichterbij brengen.