Astronomen hebben in het vroege heelal drie superzware zwarte gaten ontdekt die in slechts honderdduizend jaar een miljard keer zwaarder zijn geworden dan de zon, wat onmogelijk is vanuit het oogpunt van moderne astronomische theorieën, volgens een artikel gepubliceerd in het Astrophysical Journal.
“Geen enkel huidig theoretisch model kan het bestaan van deze objecten verklaren. Hun ontdekking in het vroege heelal doet twijfels rijzen over de huidige theorieën over de vorming van zwarte gaten, en nu moeten we nieuwe modellen creëren om uit te leggen hoe sterrenstelsels en zwarte gaten ontstaan ”, zegt Joseph Hennawi van de Universiteit van Californië in Santa Barbara (VS).).
Aangenomen wordt dat de centra van de meeste massieve sterrenstelsels de thuisbasis zijn van superzware zwarte gaten, waarvan de massa kan variëren van een miljoen tot miljarden keer de massa van de zon. De redenen voor het ontstaan van deze objecten zijn nog niet helemaal duidelijk. Wetenschappers geloofden aanvankelijk dat dergelijke objecten op dezelfde manier ontstonden als hun normale "neven" - als gevolg van de ineenstorting van sterren door de zwaartekracht en de daaropvolgende versmelting van verschillende grote zwarte gaten.
Waarnemingen van de eerste sterrenstelsels in het heelal deden astrofysici hieraan twijfelen - het bleek dat ze werden bewoond door zwarte gaten met een massa van tientallen miljarden zonnen. Dergelijke objecten, zoals berekeningen laten zien, zouden eenvoudigweg geen tijd hebben om tot een dergelijke grootte te groeien als ze klein werden geboren. Daarom begonnen sommige wetenschappers te geloven dat superzware zwarte gaten ontstaan in meer exotische scenario's - als gevolg van de ineenstorting van gigantische wolken van "zuivere" atomaire waterstof of als gevolg van klonten donkere materie.
Hennawi en zijn collega's vonden verder bewijs dat zwarte gaten in het vroege heelal te snel groeiden, waardoor alle ideeën over hun evolutie werden verstoord. De onderzoekers ontdekten zes superzware zwarte gaten tegelijk, die we zien in de staat waarin ze zich pas 850 miljoen jaar na de oerknal bevonden.
De eerste melkwegstelsels van het heelal begonnen zich op dat moment net te vormen en, zoals wetenschappers eerder dachten, konden zwarte gaten in hun centra geen "zwaargewichten" zijn die qua massa niet onderdoen voor moderne quasars. De drie zwarte gaten die het Henawi-team met de Keck-II-telescoop op Hawaï heeft gevonden, zijn in tegenspraak met dit idee - ze zijn ongeveer een miljard keer zwaarder dan de zon, die duizenden keren de massa is van het zwarte gat Sgr A * in het centrum van de Melkweg.
In overeenstemming met moderne ideeën over de evolutie van sterrenstelsels, kan een zwart gat zo'n massa krijgen door ongeveer dezelfde materie te absorberen als het universum bestaat, wat onmogelijk was voor quasars die in de eerste miljard jaar van zijn leven zijn geboren. Zelfs als ze continu "aten" en constant gas en stof zouden absorberen, zou hun groei honderden miljoenen jaren worden vertraagd, wat mogelijk is, maar onwaarschijnlijk.
De auteurs van het artikel besloten om een antwoord op deze vraag te vinden, met behulp van een eenvoudig patroon uit het leven van dergelijke objecten. Wanneer zwarte gaten "dineren", werpen ze stralen in de omringende ruimte, smalle bundels superhot materie die met bijna lichtsnelheid reizen. Deze jets verwarmen de intergalactische ruimte en ioniseren deze, waardoor deze "transparanter" wordt voor licht. Dienovereenkomstig, hoe transparanter de omgeving van de melkweg is, hoe langer de "lunch" van het zwarte gat in het midden duurt.
Promotie video:
Tot grote verbazing van astronomen waren de buurten van alle drie de melkwegstelsels - CFHQS J2229 + 1457, SDSS J1335 + 3533 en SDSS J0100 + 2802 - onverwacht ondoorzichtig, wat aangeeft dat zwarte gaten in hun centra al niet meer dan 100.000 jaar actief materie absorberen. Zulke hoge 'eetlust' van zwarte gaten passen niet in enig theoretisch kader, en hun ontdekking, zoals wetenschappers aangeven, pleit voor alternatieve theorieën over de vorming en groei van quasars.
“We zouden graag andere soortgelijke objecten zoeken. Hun ontdekking was een groot succes voor ons, en de ontdekking van andere zwarte gaten in het vroege heelal zal erop wijzen dat veel quasars veel jonger kunnen zijn dan we eerder dachten”, besluit Christina Eilers, een universiteitscollega bij Hennawi.
