Astronomen hebben een enorm zwart gat gevonden dat dateert uit het vroege heelal en mogelijk een van de eerste structuren is die zich na de oerknal hebben gevormd, in plaats van de ineenstorting van een gigantische ster. Deze ontdekking daagt standaardtheorieën over de vorming van zwarte gaten uit en suggereert het bestaan van oorspronkelijke zwarte gaten, een hypothetisch type dat tientallen jaren geleden werd getheoretiseerd.
Anomalie in het vroege sterrenstelsel Abell 2744-QSO1
Het zwarte gat werd geïdentificeerd in het sterrenstelsel Abell 2744-QSO1, dat 13 miljard jaar geleden werd waargenomen met behulp van de James Webb Space Telescope (JWST). Wat dit zwarte gat ongebruikelijk maakt, is zijn omvang – ongeveer 50 miljoen keer de massa van onze zon – gecombineerd met een vrijwel totaal gebrek aan sterren in zijn gaststelsel. Standaardmodellen voorspellen dat sterrenstelsels en zwarte gaten samen ontstaan of dat zwarte gaten ontstaan uit de dood van massieve sterren. Dit sterrenstelsel doorbreekt dat patroon.
Primordiale zwarte gaten: een theoretische heropleving
Het team achter de ontdekking voerde simulaties uit die suggereerden dat dit zwarte gat zou kunnen zijn ontstaan als een primordiaal zwart gat, voor het eerst voorgesteld door Stephen Hawking en Bernard Carr in 1974. Deze objecten zouden niet uit sterren zijn ontstaan, maar in plaats daarvan zijn samengesmolten door dichtheidsschommelingen in het jonge universum. Het belangrijkste verschil is dat men denkt dat oorspronkelijke zwarte gaten direct na de oerknal ontstaan uit de ongelijke verdeling van de materie, en niet uit het instorten van sterren.
Simulaties ondersteunen de oorspronkelijke oorsprong
De eerste berekeningen kwamen overeen met observaties, maar misten details. Daaropvolgende, grondigere simulaties hielden rekening met gasstromen, stervorming en interacties tussen oorspronkelijke zwarte gaten. De resultaten kwamen nauw overeen met de waargenomen massa van het zwarte gat, de aanwezigheid van zwaardere elementen en andere kenmerken van Abell 2744-QSO1. Dit suggereert dat oorspronkelijke zwarte gaten een haalbare verklaring zouden kunnen zijn voor deze vroege kosmische structuur.
Resterende vragen en uitdagingen
Sommige aspecten blijven echter onduidelijk. Standaard primordiale modellen voor zwarte gaten produceren vaak zwarte gaten met een massa van ongeveer 1 miljoen zonsmassa’s; QSO1 is vijf keer groter. Een ander probleem is het gebrek aan nabijgelegen hoogenergetische stralingsbronnen die nodig zijn om de vorming van primordiale zwarte gaten te veroorzaken. Ondanks deze uitdagingen zijn wetenschappers van mening dat deze zwarte gaten snel hadden kunnen samensmelten en extreem massief konden worden.
“Met deze nieuwe waarnemingen, die de normale theorieën over de vorming van zwarte gaten moeilijk kunnen reproduceren, wordt de mogelijkheid van massieve oorspronkelijke zwarte gaten in het vroege heelal steeds aannemelijker”, zegt Boyuan Liu van de Universiteit van Cambridge.
De ontdekking bewijst niet dat er oorspronkelijke zwarte gaten bestaan, maar levert wel overtuigend bewijs dat ze een serieuze mogelijkheid vormen. Verder onderzoek is nodig om te bevestigen of dit zwarte gat werkelijk een echo is van de oerknal of een zeldzame anomalie binnen het gevestigde raamwerk van de astrofysica.
