Nieuwe JWST-analyse onthult vier kandidaatparen van ‘Little Red Dots’

Vier opvallend dichte paren in oude JWST-beelden

Astronomen hebben vier kandidaatparen gevonden van zogeheten ‘Little Red Dots’ (LRD’s): compacte, zeer rode bronnen die de James Webb-ruimtetelescoop (JWST) in het vroege heelal ziet. LRD’s worden vaak geïnterpreteerd als actieve zwarte gaten die in een vroege, snelle groeifase verkeren, al is hun precieze aard nog onderwerp van debat. 81

De ontdekking werd mogelijk door een nieuwe methode die de infraroodkleur pixel voor pixel analyseert. Bij traditionele technieken worden twee dicht bij elkaar staande, rode bronnen gemakkelijk als één compact object gezien. Door de kleurverdeling binnen een beeld te onderzoeken en minder strenge eisen te stellen aan de compactheid, konden de onderzoekers ook overlappende of zeer nabije objecten onderscheiden. 8

De vier kandidaatparen staan in COSMOS-Web-beelden slechts 0,2 tot 1,2 boogseconde van elkaar. Dat zijn op zichzelf nog geen afstanden in kilometers of lichtjaren: daarvoor is ook de afstand tot de objecten nodig. Die informatie kwam voor twee paren uit aanvullende spectroscopie.

Spectroscopie wijst op fysieke buren

In de spleetloze spectra van JWST/COSMOS-3D vonden de onderzoekers bij beide leden van twee paren een emissielijn op dezelfde waargenomen golflengte. Als deze brede lijnen met hoge equivalente breedte worden geïdentificeerd als H-alfa, komen de paren uit op roodverschuivingen van respectievelijk 5,822 en 5,464. Dat ondersteunt het idee dat de objecten fysiek bij elkaar horen, in plaats van twee toevallig uitgelijnde bronnen te zijn. 8

De spectroscopische metingen komen overeen met geprojecteerde onderlinge afstanden van ongeveer 1,64 en 7,36 kiloparsec — circa 5.300 en 24.000 lichtjaar. We kijken daarmee naar systemen uit een periode van ongeveer 12,5 tot 12,8 miljard jaar geleden. 8

Ook statistische vergelijkingen met nagebootste catalogi pleiten tegen toevallige projecties langs dezelfde gezichtslijn. De clustering van LRD’s op kleine schaal blijkt naar schatting 20 tot 30 keer sterker dan wanneer de onderzoekers de correlatie van actieve sterrenstelsels op grote schaal doortrekken naar deze afstanden. 8

Mogelijke voorlopers van zwarte-gatfusies

De resultaten passen bij het beeld van paren sterrenstelsels die uiteindelijk kunnen samensmelten, waarbij ook hun centrale zwarte gaten dichter naar elkaar toe bewegen. Dat betekent echter niet dat al is aangetoond dat de zwarte gaten op het punt staan daadwerkelijk te fuseren. De studie levert vooral sterke aanwijzingen voor een overmaat aan nauwe LRD-paren; het gaat nog niet om een directe detectie van samensmeltende zwarte gaten of van zwaartekrachtsgolven. 8

Als beide LRD’s inderdaad groeiende zwarte gaten bevatten, kan een botsing van hun sterrenstelsels gas naar het gezamenlijke centrum stuwen. Dat gas kan de verdere aanwas van materie versnellen. Een combinatie van herhaalde fusies en snelle accretie — het opslokken van gas en ander materiaal — zou kunnen helpen verklaren hoe zeer zware zwarte gaten relatief kort na de oerknal konden ontstaan. 8

Niet elke verklaring draait om fusies

Een andere mogelijkheid is dat uitzonderlijk snelle gasaanwas de belangrijkste motor is, zonder dat fusies daarvoor noodzakelijk zijn. Verschillende modellen en spectroscopische studies beschrijven LRD’s als actieve galactische kernen die verborgen liggen in dichte, optisch dikke gasomhulsels. Zo’n cocon kan tegelijk brandstof leveren voor snelle groei en het waargenomen rode spectrum beïnvloeden. 32

Die verklaringen sluiten elkaar niet uit. Dicht gas kan een hoge aanwassnelheid mogelijk maken vóór, tijdens en na een fusie. Met de huidige gegevens is nog niet vast te stellen welk aandeel fusies en welk aandeel directe accretie heeft gehad in de groei van de eerste zware zwarte gaten. 83

Wat grotere JWST-steekproeven kunnen leren

Door dezelfde pixel-voor-pixelmethode toe te passen op bredere en diepere JWST-onderzoeken, kunnen astronomen beter meten hoe vaak LRD’s een nabije partner hebben. Ook wordt dan duidelijker hoe die fractie verandert met roodverschuiving en helderheid, en of fusies vaak genoeg voorkomen om een belangrijk groeikanaal te zijn. 8

Uiteindelijk kunnen zulke metingen leiden tot betere schattingen van fusiesnelheden en massa’s van vroege zwarte-gatparen. Dat helpt bij het bepalen van geschikte doelwitten en verwachte detectieaantallen voor toekomstige ruimteobservatoria voor zwaartekrachtsgolven, zoals LISA en voorgestelde detectoren voor het decihertzgebied. 5

Voorlopig is de conclusie dus voorzichtig maar intrigerend: JWST heeft een onverwacht sterke populatie van zeer nauwe LRD-paren blootgelegd. Of deze objecten daadwerkelijk jonge zwarte gaten bevatten en hoe vaak ze uiteindelijk samensmelten, moet met meer waarnemingen worden bevestigd. 81