Een nieuw waargenomen zwart gat uit het vroege heelal daagt gevestigde astrofysische modellen uit door de voorspelde groeisnelheden te overschrijden en tegelijkertijd onverwachte stralingspatronen te vertonen. Het object, genaamd ID830, is een superzwaar zwart gat (SMBH) dat bestond toen het universum nog maar 15% van zijn huidige leeftijd had en al 440 miljoen keer de massa van onze zon woog. Deze ontdekking roept fundamentele vragen op over hoe deze kolossale entiteiten zo snel ontstonden.
De Eddington-limiet en super-Eddington-groei
Zwarte gaten staan bekend om hun onverzadigbare honger, maar hun groei wordt theoretisch beperkt door de Eddington-limiet. Deze ‘snelheidslimiet’ schrijft voor dat de uitwaartse druk van straling die wordt uitgezonden door invallende materie uiteindelijk een halt moet toeroepen aan verdere aangroei. Het lijkt er echter op dat ID830 materie verbruikt op 13 keer de Eddington-limiet – een prestatie die voorheen voor langere perioden onmogelijk werd geacht.
Onderzoekers stellen verschillende mechanismen voor om deze super-Eddington-groei te verklaren. Eén mogelijkheid is dat het zwarte gat korte, intense voedingsspurten ondergaat, waarbij het snel gas en stof opneemt voordat de stralingsdruk toeneemt. Een ander suggereert dat materiaal wordt geconsumeerd vanaf de evenaar van het zwarte gat, terwijl straling van de polen wordt uitgestoten, waardoor de gebruikelijke beperkingen worden omzeild.
De onverwachte combinatie van radio- en röntgenstraling
Wat de ID830 nog bijzonderder maakt, is dat hij zowel intense röntgenstraling als radiogolven tegelijkertijd uitzendt. De huidige modellen voorspellen dat super-Eddington-aanwas de radio-emissies zou moeten onderdrukken. Deze tegenstrijdigheid suggereert dat de onderliggende fysica van extreme accretie en straalvorming niet volledig wordt begrepen. Men denkt dat de corona van het zwarte gat – een turbulente wolk van deeltjes van een miljard graden die met bijna de lichtsnelheid in een baan om de aarde cirkelt – de röntgenstraling genereert, terwijl krachtige magnetische velden de radiojets lanceren.
Implicaties voor de vorming van SMBH in het vroege heelal
Het bestaan van ID830 ondersteunt het idee dat SMBH’s veel sneller en eerder in het universum groeiden dan eerder werd aangenomen. De James Webb-ruimtetelescoop heeft al onverwacht enorme zwarte gaten uit dit tijdperk onthuld, en het gedrag van de ID830 helpt deze waarnemingen in overeenstemming te brengen met theoretische modellen.
Eén leidende hypothese stelt dat de eerste generatie sterren, bekend als Populatie III-sterren, instortte en massieve zwarte gaten ‘zaden’ van meer dan 1000 zonsmassa’s vormden. Zelfs met deze zaden zou het bereiken van de waargenomen afmetingen een langdurige, snelle groei vereisen. De ontdekking van ID830 suggereert dat deze perioden van super-Eddington-groei wellicht vaker voorkwamen dan wetenschappers dachten.
De prevalentie van extreme quasars
Voorlopige gegevens suggereren dat quasars zoals ID830 – die in staat zijn de Eddington-limiet te overschrijden en zowel radio- als röntgenstraling kunnen weergeven – in het vroege heelal veel talrijker kunnen zijn dan voorspeld. Modellen schatten eerder dat slechts 10% van de quasars krachtige radiojets hebben, maar dit nieuwe onderzoek suggereert dat dergelijke energetische objecten aanzienlijk overvloediger zouden kunnen zijn, waardoor ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels opnieuw vorm zou kunnen krijgen.
Het gedrag van ID830 laat zien dat het universum nog steeds verrassingen in petto heeft. Het bestaan ervan dwingt ons om de standaardmodellen van de groei van zwarte gaten en de vroege galactische evolutie te heroverwegen, wat suggereert dat extreme voedings- en uitscheidingsfasen een gemeenschappelijk kenmerk van de kosmos in zijn kinderschoenen kunnen zijn geweest.
