Astronomen staan voor een raadsel: “Dit ding zou helemaal niet moeten bestaan”.

Aan het woord is Robert Simcoe, één van de onderzoekers die het zwarte gat hebben ontdekt. Het gaat om een zwart gat dat ongeveer 800 miljoen keer(!) zwaarder is dan onze zon en zo’n 690 miljoen jaar na de oerknal al bestond. “Dit is het enige object uit dit tijdperk dat we hebben geobserveerd,” stelt Simcoe. “Het heeft een extreem grote massa en het universum is nog zo jong dat dit ding eigenlijk helemaal niet zou moeten bestaan. Het universum was nog niet oud genoeg om zo’n groot zwart gat te maken. Het is echt raadselachtig.”

Stokoud
Het zwarte gat bevindt zich in het hart van een superheldere quasar. Het licht van die quasar heeft er zo’n 13 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken. Het betekent dat we deze quasar en het zwarte gat zien, zoals ze er 13 miljard jaar geleden – dus zeer kort na de oerknal, die ongeveer 13,7 miljard jaar geleden zou hebben plaatsgevonden – uitzagen.

Tijdperk van herionisatie
Het is opmerkelijk, omdat het zou betekenen dat dit zwarte gat ontstond op een keerpunt in de geschiedenis van het universum, namelijk gedurende het tijdperk van herionisatie. Kort na de oerknal zou het universum hebben bestaan uit extreem energierijke deeltjes. Terwijl het universum uitdijde, koelden deze deeltjes af en ontstond een neutraal waterstofgas. Daarna duurde het nog miljoenen jaren voor de eerste sterren en sterrenstelsels het levenslicht zagen. De periode tussen het ontstaan van dat neutrale waterstofgas en de geboorte van de eerste sterren wordt ook wel aangeduid als de ‘Dark Ages’. Het was een periode waarin het universum niet transparant was voor licht. Pas toen de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden, zorgde hun energie ervoor dat het neutrale waterstofgas ioniseerde (oftewel een elektron kwijtraakte), waardoor fotonen vrijelijk door de ruimte konden bewegen en het universum transparant werd voor licht.

Een artistieke impressie van het zwarte gat dat onderzoekers hebben ontdekt. Afbeelding: Robin Dienel / Carnegie Institution for Science.

Het universum werd echter niet van de ene op de andere dag transparant: dat was een proces en de periode waarin dat speelde, wordt het tijdperk van de herionisatie genoemd. Het zwarte gat dat de onderzoekers nu hebben ontdekt, stamt uit dat tijdperk. Het bevindt zich in een omgeving die half neutraal en half geioniseerd was. “Wat wij ontdekt hebben, is dat het universum ongeveer 50/50 was: het is het moment waarop de eerste sterrenstelsels ontstaan uit het neutrale gas en beginnen te schijnen,” aldus Simcoe. De ontdekking geeft de onderzoekers dan ook een goede indicatie van het moment waarop de eerste sterren gingen schijnen en het universum voorgoed veranderde.

Maar daarmee is het mysterie van het ontstaan van dit supermassieve zwarte gat nog niet opgelost. Het wordt er eigenlijk alleen maar raadselachtiger op. Aangenomen wordt namelijk dat zwarte gaten groeien door massa aan hun omgeving te onttrekken. Extreem grote zwarte gaten – zoals het exemplaar dat Simcoe en collega’s hebben ontdekt – zouden er op die manier echter meer dan 690 miljoen jaar over doen om zo groot te worden. Maar die tijd was dit zwarte gat niet gegund. “Dus het moet op een andere manier tot stand zijn gekomen. Maar hoe precies, dat weet niemand.”