Monsters van het heelal Priyamvada Natarajan
Supermassieve zwarte gaten hebben volgens de huidige theorieën meer dan een miljard jaar nodig om kosmische monsters te worden die meer wegen dan een miljard zonnen. Maar nu zitten de kosmologen met hun handen in het haar omdat ook in het prille universum al zulke zware objecten bestonden.
De oerknal wordt alom gezien als de geboorte van ons universum en kosmologen gaan ervan uit dat tijdens die big bang ook de tijdruimte is ontstaan. Die vierdimensionale koppeling van ruimte en tijd hebben we geërfd van Einstein. Pas na zo’n 380.000 jaar was het heelal voldoende afgekoeld en uitgezet om de eerste atomen en moleculen te vormen. Aanvankelijk bestond de meeste materie uit waterstofgas en het duurde nog eens ettelijke honderden miljoenen jaren alvorens de eerste sterren, sterrenstelsels en clusters ontstonden. Het oudste gekende sterrenstelsel werd zo’n 400 miljoen jaar na de big bang gevormd en tijdens dat proces zagen ook andere soorten astronomische objecten het licht. Eén van die bijzondere objecten zijn quasars 1, de helderste lichtbronnen die eigenlijk zwarte gaten zijn. Door hun helderheid zijn ze zelfs in de verste uithoeken van het heelal goed zichtbaar vanaf de aarde. In de kosmologie betekent ‘ver’ ook meteen ‘oud’ en nu zijn het juist die oude quasars - uit de periode voordat het 13,8 miljard oude universum zijn eerste miljard kaarsjes had uitgeblazen - die kosmologen vandaag hoofdbrekens bezorgen. Astronomen hebben aan de hand van hun stralingssterkte berekend dat tal van verre quasars overeenstemmen met zwarte gaten die wel een miljard keer zo zwaar zijn als de zon. En dat wringt met de huidige theorieën dat zulke supermassieve zwarte gaten zich nooit kunnen hebben gevormd in minder dan één miljard jaar tijd. Astronomen stuitten sinds de millenniumwissel steeds meer op zulke oude quasars en eind 2017 werd zelfs de oudste quasar tot nog toe geïdentificeerd als een supermassief zwart gat dat al 690 miljoen jaar na de big bang bestond.
Volgens de handboeken is een zwart gat het eindstadium van een zware ster (>10 zonmassa’s) die te midden van een gigantische supernova sterft en vervolgens compleet implodeert onder dwang van de zwaartekracht. Maar die eerste zware sterren waren hooguit enkele zonmassa’s zwaar en hadden nooit kunnen uitgroeien tot de mysterieuze supermassieve zwarte gaten die de eerste quasars aanvuurden.
In het verder betoog van dit artikel passeren enkele onbevredigende hypothesen de revue, waarbij de schrijfster, Priyamvada Natarajan – een theoretisch astrofysicus aan de Yale University – de hypothese van haar team verdedigt. Volgens hen waren die eerste quasars het resultaat van ‘direct ingestorte zwarte gaten’, geboren uit samengeklonterd stof en gas. Die fenomenen gaven ze de naam DCBH’s : direct-collapse black holes. In een optimale omgeving konden dergelijke objecten binnen een tijdsbestek van enkele honderden miljoenen jaren uitgroeien tot zwarte gaten met een massa van ettelijke tien- of honderdduizenden zonmassa’s. Ze wachten nu op de lancering van de James Webb-ruimtetelescoop in 20192 om hun hypothese te kunnen toetsen met rechtstreekse observaties.
Bron: EOS maart 2018 – ‘Monsters van het heelal’ door Priyamvada Natarajan – p.64-69
1 Een quasar, of QSO is een actief centrum van een sterrenstelsel met een zeer hoge helderheid. Het gaat om een superzwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel, waarvan de omringende schijf met materie licht en straling uitzendt wanneer deze naar het zwarte gat wordt getrokken.
2 Intussen blijkt dat de lancering van deze ruimtetelescoop - als opvolger van de Hubble-telescoop - is uitgesteld tot ten vroegste 30 maart 2021.
