Astronomen hebben een uitzonderlijk zwart gat ontdekt dat volgens de natuurwetten eigenlijk niet zou mogen bestaan. Het slokt materie extreem snel op en produceert tegelijk intense röntgen- en radiostraling.
Japanse astronomen hebben een superzwaar zwart gat ontdekt dat zó snel groeit dat het bestaande natuurkundige modellen onder druk zet. Het object is een quasar uit het vroege heelal. Het slokt materie op in een tempo dat bijna onmogelijk werd geacht en doet dat terwijl het tegelijkertijd krachtige röntgenstraling én radiostraling produceert. Een combinatie die volgens veel theorieën eigenlijk niet zou mogen bestaan.
Hun bevindingen werden gepubliceerd in The Astrophysical Journal, en vormen een nieuwe puzzel in ons begrip van hoe het heelal er in zijn jeugd uitzag en functioneerde.
Vraagstuk uit het vroege heelal
De ontdekking is gedaan door onderzoekers van Waseda University en Tohoku University met behulp van de Subaru-telescoop op Hawaï. Ze observeerden een extreem verre quasar: een actief voedend superzwaar zwart gat dat bestond toen het heelal minder dan 1,5 miljard jaar oud was — ruwweg 10 procent van zijn huidige leeftijd.
Dat alleen al is bijzonder. Superzware zwarte gaten hebben massa’s van miljoenen tot miljarden keer die van de zon, en het is al jaren een open vraag hoe zulke objecten zo snel konden ontstaan na de oerknal. Dit nieuwe object maakt die vraag alleen maar urgenter.
Tart de natuurwetten
Zwarte gaten groeien door gas uit hun omgeving aan te trekken. Dat gas vormt een ronddraaiende accretieschijf, waarin wrijving en hitte enorme hoeveelheden energie vrijmaken. Maar er zit een natuurlijke rem op dit proces: de zogeheten Eddington-limiet. Boven die grens wordt de stralingsdruk zo groot dat het invallende gas als het ware wordt teruggeduwd. Het is een zelfregulerend mechanisme — een soort kosmische snelheidslimiet voor zwarte gat-groei.
In zeldzame gevallen kan die limiet tijdelijk worden overschreden, via zogeheten super-Eddington-accretie. Dat maakt snelle massagroei mogelijk, maar volgens bestaande modellen heeft dat een prijs: de hete corona die röntgenstraling produceert zou instorten, en krachtige jets — verantwoordelijk voor radiostraling — zouden verzwakken of verdwijnen. Precies daar wringt het bij deze ontdekking.
Dertien keer boven de Eddington-limiet
Met de nabij-infraroodspectrograaf MOIRCS op Subaru maten de onderzoekers de beweging van gas dicht bij het zwarte gat. Aan de hand van de Mg II-emissielijn konden ze de massa van het object schatten.
Röntgenwaarnemingen lieten vervolgens zien dat het zwarte gat materie opslokt met een snelheid die ongeveer dertien keer boven de Eddington-limiet ligt. Daarmee behoort het tot de snelst groeiende zwarte gaten die we op dit massaniveau kennen.
“Deze ontdekking kan ons helpen beter te begrijpen hoe superzware zwarte gaten zo snel konden ontstaan in het vroege heelal,” zegt Sakiko Obuchi, promovendus aan Waseda University en hoofdauteur van de studie.
Alles staat tegelijk ‘aan’
Wat het object écht uitzonderlijk maakt, is dat het ondanks die extreme groei ook fel schijnt in röntgenstraling én sterke radiostraling uitzendt. Dat betekent dat zowel een actieve hete corona als een krachtige jet aanwezig zijn.
Volgens de meeste theoretische modellen zouden deze structuren juist verdwijnen bij zulke extreme accretiesnelheden. Met andere woorden: dit zwarte gat doet meerdere dingen tegelijk die elkaar volgens de theorie zouden moeten tegenwerken. Dat suggereert dat ons beeld van super-Eddington-accretie onvolledig is — zeker in de omstandigheden van het jonge heelal, waar gasdichtheden, magnetische velden en turbulentie anders waren dan nu.
Mogelijke verklaring
De onderzoekers denken dat ze een kortstondige overgangsfase hebben vastgelegd. Mogelijk is het zwarte gat net voorbij de Eddington-limiet geduwd door een plotselinge toestroom van gas, terwijl de corona en jet nog niet zijn ‘uitgeschakeld’.
“Het zou kunnen gaan om een tijdelijk stadium, voordat de röntgen- en radio-emissie wegvallen,” stelt het team in een persverklaring. “We willen nu onderzoeken wat deze uitzonderlijk sterke straling aandrijft en of vergelijkbare objecten verborgen zitten in bestaande surveydata.”
Het laatste woord is hier nog lang niet over gezegd
Deze ontdekking laat zien dat het jonge heelal waarschijnlijk complexer, dynamischer en extremer was dan onze modellen tot nu toe aannamen. Het dwingt astronomen om opnieuw na te denken over hoe zwarte gaten groeien — en welke natuurkunde daarbij écht geldt. Of dit object een zeldzame uitzondering is of het topje van een kosmische ijsberg, moet vervolgonderzoek uitwijzen.
