Onderzoekers zijn erachter hoe de eerste superzware zwarte gaten zo snel, zo groot konden worden.

Het jonge universum is 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. 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. Maar tot nu toe hadden astronomen nog niet genoeg ‘voedsel’ opgespoord om deze snelle groei te kunnen verklaren. Astronomen vragen zich dan ook al geruime tijd af hoe superzware zwarte gaten al zo vroeg in de geschiedenis van het heelal zo groot kunnen zijn geworden.

Mysterie
Het verhaal wordt nog ingewikkelder. Onderzoekers hebben namelijk al eerder met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) grote hoeveelheden stof en gas in jonge sterrenstelsels gevonden die klaarblijkelijk voor de snelle vorming van sterren werden gebruikt. Dit wees uit dat er maar weinig overbleef om een zwart gat te voeden. En dus rees de onvermijdelijke vraag: hoe konden de eerste superzware zwarte gaten zo vroeg in het heelal bestaan?


Wat is een quasar?
Een quasar is het extreem heldere centrum van actieve sterrenstelsels. De gloed die dit centrum genereert ontstaat door de aanwezigheid van een supermassief zwart gat dat omringd wordt door een uit gas en stof opgebouwde accretieschijf. Gas dat vanuit die accretieschijf richting het zwarte gat valt, geeft enorme hoeveelheden energie af (in de vorm van licht en straling).

Quasars
Om die vraag te kunnen beantwoorden gebruikten de onderzoekers het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope om op zogeheten quasars te jagen. In totaal werden er 31 quasars bestudeerd die werden waargenomen zoals ze er meer dan 12,5 miljard jaar geleden uitzagen. Twaalf van deze quasars bleken omgeven te zijn met enorme voorraden gas: halo’s van koel, dicht waterstofgas. Een bijzondere ontdekking. Want hoewel quasars zelf erg helder zijn, zijn de gasvoorraden om hen heen veel moeilijker waarneembaar. Daarnaast ontdekte het team dat deze gashalo’s nauw verbonden zijn met de sterrenstelsels. Het betekent dat deze de perfecte voedselbron zijn voor zowel de groei van superzware zwarte gaten, als de vorming van grote aantallen nieuwe sterren.

Deze afbeelding toont een van de gashalo’s die recent zijn waargenomen met het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope. De grote halo van waterstofgas is blauw ingekleurd, de ALMA-data zijn oranje getint. Afbeelding: ESO/Farina et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Decarli et al.

Voedselvoorraden
Volgens de onderzoekers verklaren deze voedselvoorraden waarom superzware zwarte gaten zo snel konden groeien tijdens de periode die ook wel de kosmische dageraad wordt genoemd. “We kunnen nu voor het eerst aantonen dat de eerste sterrenstelsels genoeg voedsel in hun omgeving hadden om zowel de groei van superzware zwarte gaten als de snelle vorming van sterren gaande te houden,” zegt onderzoeksleider Emanuele Paolo Farina. “Dit voegt een belangrijk stukje toe aan de puzzel van de vorming van de kosmische structuren meer dan 12 miljard jaar geleden.”

De bevindingen zijn erg bijzonder. Want astronomen zijn er nu eindelijk achter waar het materiaal vandaan komt dat de superzware zwarte gaten in het vroege heelal van energie voorziet. De onderzoekers verwachten echter nog meer details van sterrenstelsels en superzware zwarte gaten uit de eerste paar miljard jaar na de oerknal te onthullen. En wel met de toekomstige Extremely Large Telescope (ELT) die momenteel in de afgelegen Atacamawoestijn in Chili wordt opgebouwd. “Met de kracht van de ELT zullen we nog dieper het heelal in kunnen duiken en nog meer van zulke gasnevels ontdekken,” besluit Farina.