Astronomen die gebruik maken van de ruimtetelescopen Hubble en Chandra hebben potentieel bewijs ontdekt van ‘zwervende’ zwarte gaten in kleine dwergstelsels. Deze bevindingen kunnen aanwijzingen bevatten over hoe superzware zwarte gaten zo snel groeiden in het vroege heelal, een al lang bestaande puzzel in de kosmologie. De ontdekking suggereert dat sommige zwarte gaten zich niet in de centra van sterrenstelsels nestelen, maar er als kosmische nomaden doorheen drijven.
Het mysterie van vroege superzware zwarte gaten
Het is nu bekend dat superzware zwarte gaten – miljoenen of miljarden keren de massa van onze zon – voorkomen in de kernen van de meeste grote sterrenstelsels. De James Webb Space Telescope (JWST) onthult echter dat sommige daarvan al schokkend vroeg in de geschiedenis van het universum bestonden, minder dan een miljard jaar na de oerknal. Dit daagt de huidige theorieën uit, die suggereren dat het meer dan een miljard jaar zou duren voordat deze reuzen zich zouden vormen door fusies en aanwas.
Eén verklaring is het bestaan van vroege ‘zwarte gatzaden’. Deze kleinere zwarte gaten hadden het groeiproces een impuls kunnen geven, maar zijn bij directe waarnemingen ongrijpbaar gebleven. Dwergstelsels bieden een unieke proeftuin voor dit idee, omdat ze een eenvoudiger en minder chaotische geschiedenis hebben dan grotere sterrenstelsels. Hun relatieve rust betekent dat ze mogelijk een ‘fossiel record’ van deze vroege zaden van zwarte gaten kunnen bewaren.
Waarom dwergstelsels belangrijk zijn
Dwergstelsels, met een massa die miljarden malen groter is dan die van de zon, zijn ideaal voor het bestuderen van de vorming van zwarte gaten. In tegenstelling tot massieve sterrenstelsels waar fusies en intense activiteit de oorsprong van hun zwarte gaten verdoezelen, bieden dwergstelsels een duidelijker beeld. De onderzoekers veronderstellen dat in deze kleinere systemen zwarte gaten zich buiten het galactische centrum kunnen vormen en daar kunnen blijven, zonder ooit naar binnen te draaien.
Modellen voorspellen dat tot de helft van de zwarte gaten in dwergstelsels ronddwaalt. Dit betekent dat de huidige onderzoeken die zich richten op galactische centra mogelijk een aanzienlijke populatie van enorme zwarte gaten missen.
Zwervende zwarte gaten onderscheiden van andere signalen
Het identificeren van deze kwaadaardige zwarte gaten is moeilijk. Ze moeten onderscheiden worden van andere heldere bronnen, zoals starburstgebieden (gebieden met intense stervorming) en supernova-explosies. Het team analyseerde twaalf dwergstelsels die eerder in radiogolven waren gedetecteerd en vond er acht met actieve galactische kernen (AGN’s) die zich verschoven ten opzichte van het centrum. Deze AGN’s suggereren de aanwezigheid van rondzwervende zwarte gaten.
De uitdaging ligt in het bevestigen van deze signalen. Deze dwergstelsel-AGN’s zijn zwakker dan hun grotere tegenhangers en zijn moeilijk te detecteren in optische golflengten en röntgengolflengten. Eén kandidaat (ID 64) bleek een verre AGN te zijn die toevallig op één lijn stond met het dwergstelsel, wat de moeilijkheden bij de verificatie benadrukt.
Volgende stappen: de rol van JWST
Het team gebruikte Hubble en Chandra om één AGN buiten het midden te bevestigen, maar zeven blijven onbevestigd. De volgende stap zou de James Webb Space Telescope (JWST) kunnen zijn, die de bronnen van de radio-emissies met grotere precisie zou kunnen achterhalen. Het zou kunnen onthullen of de signalen afkomstig zijn van rondzwervende zwarte gaten in sterrenhopen of van verre sterrenstelsels die elkaar aan de hemel overlappen.
“Het identificeren van de oorsprong van de niet-nucleaire radiobronnen kan mogelijk zijn met de voortreffelijke capaciteiten van de JWST”, zegt Megan R. Sturm, de teamleider.
De zoektocht naar rondzwervende zwarte gaten in dwergstelsels is een veelbelovende manier om het vroege heelal en de oorsprong van superzware zwarte gaten te begrijpen. Als ze worden bevestigd, zouden deze bevindingen ons begrip van de vorming en evolutie van zwarte gaten opnieuw vormgeven.
