Een mysterieus zwart gat aan het begin der tijden met een gewicht van een miljard zonnen: ScienceAlert

Het zwarte gat dat tijdens de kosmische dageraad op de loer ligt, is te groot om gemakkelijk te kunnen worden verklaard. Dit sterrenstelsel bevindt zich in het centrum van een sterrenstelsel genaamd J1120+0641, dat een massa heeft van meer dan een miljard zonnen.

Tegenwoordig zijn er overal om ons heen nog grotere zwarte gaten. Het probleem is wanneer Het is moeilijk te begrijpen hoe het zwarte gat minder dan 770 miljoen jaar na de oerknal zoveel massa kon winnen.

We weten al meer dan tien jaar over het sterrenstelsel en zijn dichtbevolkte zwarte gat, en wetenschappers hebben ideeën gehad over hoe het eruit zou kunnen hebben gezien. Nu, notities met behulp van JWST Wetenschappers hebben een van deze concepten verworpen. Door alle genomen maatregelen lijkt J1120+0641 ‘schokkend normaal’ te zijn, wat de deur open laat voor meer exotische verklaringen voor het toegenomen gewicht van het zwarte gat.

J1120+0641 gedetecteerd Het werd aangekondigd in 2011Een paar jaar lang bleef het het verst bekende quasarstelsel. Eigenlijk zijn het een paar goede jaren geweest. Voor zover wij weten was J1120+0641 een vreemd object, en er ligt nog maar één mogelijke verklaring voor de grootte ervan op tafel.

Quasarstelsels zijn sterrenstelsels die een centraal superzwaar zwart gat bevatten dat zich met een enorme snelheid voedt. Ze zijn omringd door een enorme wolk van gas en stof, die ze zo snel mogelijk verslinden. Wrijving en zwaartekracht rond het zwarte gat verwarmen het materiaal, waardoor het helder gaat schijnen.

Maar de snelheid waarmee een zwart gat zich kan voeden is niet onbeperkt. De maximale stabiele snelheid wordt erdoor bepaald Eddington-limietwaarna het hete materiaal zo intens glanst dat… De stralingsdruk zal de zwaartekracht overschrijdenwaardoor materie wordt weggeduwd en er niets overblijft waar het zwarte gat zich mee kan voeden.

Nu kunnen zwarte gaten kortstondig de Eddington-superaccretie binnendringen, door die limiet razen en zoveel mogelijk materiaal naar binnen slurpen voordat de stralingsdruk in werking treedt. Dit is een mogelijke verklaring voor het zwarte gat in het centrum van J1120+. 0641, en net zoals we ze in grotere aantallen aantreffen, liggen er nog andere grote zwarte gaten op de loer aan het begin van het universum.

Om naar tekenen van Eddington-superaccretie te zoeken, hadden astronomen gegevens nodig met voldoende resolutie om een ​​gedetailleerde analyse van het licht van de Melkweg uit te voeren, op zoek naar tekenen die verband hielden met extreme processen. Daarom hadden we de James Webb-ruimtetelescoop nodig, de krachtigste ruimtetelescoop ooit gebouwd, geoptimaliseerd om naar die verre uithoeken van ruimte en tijd te kijken.

De James Webb-ruimtetelescoop observeerde het sterrenstelsel begin 2023, en een team onder leiding van astronoom Sarah Boseman van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Duitsland knarste het licht dat het verzamelde om de eigenschappen van het materiaal rond het zwarte gat te catalogiseren: een enorme torus van stof op de melkweg. Buitenwijken, een gloeiende schijf die ronddraait en het zwarte gat voedt.

Uit deze analyse blijkt dat het zwarte gat zich eigenlijk heel normaal voedt – en dat er niets in zijn aanwas is dat er dramatisch anders uitziet dan andere, recentere quasarstelsels.

Een mogelijke verklaring voor het bestaan ​​van deze gigantische zwarte gaten is dat extra stof ervoor zorgde dat astronomen hun massa overschatten. Er zijn echter ook geen tekenen van extra stof.

Dit betekent dat J1120+0641 is hoe het eruit ziet: een vrij gewoon quasarstelsel, met een zwart gat dat niet in zeer hoge mate materiaal opslokt. Het zwarte gat, en de manier waarop het zich voedt, was relatief volwassen tegen de tijd dat we het waarnamen, binnen een paar honderd miljoen jaar na de oerknal.

“Over het geheel genomen dragen de nieuwe waarnemingen bij aan het mysterie: vroege quasars waren schokkend normaal.” zegt Boseman. “Het maakt niet uit welke golflengten we waarnemen, quasars zijn vrijwel identiek in alle tijdperken van het universum.”

Dit betekent dat de superaccretie van Eddington niet het antwoord is op de raadselachtige groei van superzware zwarte gaten aan het begin der tijden.

Een andere belangrijke verklaring is dat zwarte gaten in het begin uit tamelijk massieve ‘zaden’ zijn ontstaan. In plaats van een langzaam, geleidelijk proces van iets ter grootte van een ster, suggereert deze theorie dat zwarte gaten zijn ontstaan ​​uit de ineenstorting van klontjes materie of zelfs massieve sterren met een massa van honderdduizenden maal de massa van de zon, waardoor hun groei een voorsprong kreeg. .

Nu we steeds meer van deze gigantische wezens op de loer zien liggen in de nevelen van het vroege universum, lijkt dit idee minder bizar en lijkt het eerder de best mogelijke verklaring die we hebben voor dit mysterieuze tijdperk in de geschiedenis van het universum.

Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurlijke astronomie.