NASA bereidt zich voor op de lancering van de Nancy Grace Roman Space Telescope. De lanceringsdatum is vastgesteld op aug. 30, 2026. Maar de timing kan wat laat aanvoelen voor de kosmische geschiedenis. Tegen die tijd krijgt de telescoop de kans om terug te kijken op een gewelddadig tijdperk dat bekend staat als ‘kosmische middag’.
Dit was 11 tot 12 miljard jaar geleden. Een chaotische tijd. Een rommelige tijd.
En het is precies op het moment dat zwarte gaten sterren uit elkaar scheurden. Deze gebeurtenissen worden getijdenverstoringsgebeurtenissen of TDE’s genoemd. Ze zijn de sleutel tot het oplossen van een van de grootste problemen in de astronomie: hoe zijn zwarte gaten zo snel zo groot geworden?
TDE’s verklaren het ontbrekende midden
Laten we duidelijk zijn over de mechanismen. Wanneer een ster te dicht bij een superzwaar zwart gat drijft, wint de zwaartekracht. Het zwarte gat rekt de ster uit. Het wordt vaak ‘spaghettificatie’ genoemd. De ster wordt versnipperd. Plasmawervelingen. Het zwarte gat eet.
Het is rommelig. Het is helder. En het is de enige manier om lichtere zwarte gaten te zien.
Superzware zwarte gaten verbergen zich meestal achter de horizon van gebeurtenissen. Licht kan niet ontsnappen. Je kunt ze niet zien tenzij ze eten. En niet alle zwarte gaten hebben honger.
De lichtere – die tussen de 100.000 en 100 miljoen keer de massa van onze zon – zijn kieskeurig. Ze slokken niet voortdurend materie op. Ze gaan inactief. Totdat een ster een fout maakt.
Dat is waar TDE’s in beeld komen. Ze flitsen helder genoeg om het hele gaststelsel te overtreffen. Ze doen het licht aan voor zwarte gaten die anders donker zouden blijven.
Maar hier is de puzzel. Eerdere wetenschappelijke studies suggereerden dat TDE’s zeldzaam waren in het vroege heelal. Waarom? Omdat men dacht dat vroege zwarte gaten te klein waren om sterren te versnipperen. Te klein betekent geen getijdenverstoring. Geen TDE’s.
Nieuwe gegevens zijn het daar niet mee eens. Een recente studie suggereert dat TDE’s tijdens kosmische middagen veel voorkwamen. Concreet: 1 tot 2 miljard jaar na de BigBang.
Roman’s onderzoeksstrategie
Betreed de Romeinse ruimtetelescoop.
Het is niet zomaar een Hubble-opvolger. Het is een gespecialiseerd hulpmiddel. Zijn tijddomeinonderzoek op hoge breedtegraden zal herhaaldelijk naar stukjes hemel staren. Het gebied dat het bestrijkt is gelijk aan 90 Volle Manen.
Herhaaldelijk.
Waarom de visie herhalen? Omdat transiënten – gebeurtenissen die oplaaien en vervagen – vluchtig zijn. Roman moet ze zien veranderen.
Wetenschappers schatten dat Roman elk jaar duizenden TDE’s zal opmerken. En niet alleen dichtbij. Honderden daarvan zullen dateren uit de kosmische middag.
“De Romeinse ruimtetelescoop zal transformatief zijn voor [vergankelijke wetenschap]”, zegt Mitchell Karmen. “We kunnen meerdere getijdenverstoringsgebeurtenissen vinden tot [grotere afstanden en] eerdere kosmische tijden dan ooit tevoren.”
Hij komt van de Johns Hopkins Universiteit. Hij weet waar hij het over heeft.
Dit is belangrijk. Het gaat niet alleen om het tellen van gebeurtenissen. Het gaat om het tellen van de juiste.
De groeipuzzel van het zwarte gat oplossen
De James Webb-ruimtetelescoop stuurt sinds juli 2022 gegevens terug. Wat hij heeft gevonden, is problematisch.
JWST blijft superzware zwarte gaten ontdekken toen het heelal nog geen 1 miljard jaar oud was.
Denk eens aan die tijdlijn. Eén miljard jaar. Dat is alles. Voordat zwarte gaten deze massa – miljoenen of miljarden zonnen – kunnen bereiken, hebben ze tijd nodig. Ze hebben fusies nodig. Ze hebben voedsel nodig. Eén miljard jaar is niet genoeg volgens standaardmodellen.
Tenzij… de zaden anders waren.
Er zijn twee belangrijke theorieën over hoe deze monsters begonnen.
De lichtzaadtheorie
Dit is het stellaire ineenstortingsmodel. Grote sterren sterven. Ze vallen uiteen in kleine zwarte gaten. Deze beginnen met slechts een paar honderd zonsmassa’s.
Dan eten ze. Ze fuseren. Ze groeien snel. Maar ze beginnen klein.
Als dit waar is, zou het vroege heelal gevuld moeten zijn met deze zwarte gaten met gemiddelde massa. En als ze gemiddeld zijn, zouden ze TDE’s moeten produceren.
De zware zaadtheorie
Deze is directer. Geen sterren nodig. Gewoon gigantische wolken van oergas en stof die direct in zwarte gaten instorten.
Deze beginnen groot. Misschien duizenden zonnemassa’s. Ze slaan de kleine fase over. Ze groeien vanaf de sprong.
Maar dit proces is zeldzaam. Het vereist specifieke, dichte omstandigheden. Als zware zaden de regel zijn, dan zouden tussenliggende zwarte gaten – en hun TDE’s – schaars moeten zijn tijdens de kosmische middag.
Dus, hoe kies je?
Je telt de TDE’s.
Als Roman tijdens dit tijdperk duizenden getijdenverstoringen detecteert, wijst dit op lichte zaden. De zwarte gaten kwamen veel voor, ze groeiden uit stellaire overblijfselen en ze verscheurden sterren.
Als het aantal laag is? Dan zijn zware zaden waarschijnlijk de primaire route. De zwarte gaten groeiden door directe ineenstorting, waardoor er weinig tussenliggende objecten overbleven die verstoringen konden veroorzaken.
De jacht begint
Roman zal deze theorieën niet alleen bevestigen. Het zal ze verfijnen.
Dankzij de hoge gevoeligheid van de telescoop kan hij zwakke, verre fakkels waarnemen. Fakkels die Hubble of zelfs JWST misschien missen. Het jaagt op de geesten van vroege sterrenstelsels.
En het jaagt efficiënt op hen.
De hemel is druk tijdens de kosmische middag. Sterrenstelsels zijn aan het samensmelten. Er stroomt gas. Het is een turbulente omgeving. Zwarte gaten zijn actief. Er vallen sterren naar binnen.
Roman zal recht in de puinhoop kijken.
Zal het de lichte zaden vinden? Of zullen de zware zaden stand houden? De gegevens zullen het leren.
En dat zal gebeuren door te zien hoe de hemel uit elkaar valt. Opnieuw. En opnieuw. En opnieuw.
