Zware zaden, snelle groei en samensmeltingen: een mogelijke verklaring voor JWST’s kleine rode stippen

De drie studies wijzen samen niet op één allesverklarende oorzaak, maar op een mogelijke groeiketen. Sommige zwarte gaten in het jonge heelal kunnen zijn begonnen als uitzonderlijk zware zaden, daarna snel materie hebben opgeslokt en — wanneer hun sterrenstelsels elkaar beïnvloedden — verder zijn gegroeid door samensmeltingen. De door de James Webb Space Telescope (JWST) ontdekte kleine rode stippen kunnen signalen van zo’n snelle groeifase zijn. Daarmee is nog niet aangetoond dat alle kleine rode stippen dezelfde oorsprong hebben.

Zwarte gaten die niet helemaal ‘oeroud’ zijn

Een theoretisch voorstel stelt dat bescheiden overdichtheden van donkere materie al heel vroeg gas konden samenbrengen. De kosmische achtergrondstraling was toen nog heet genoeg om dat gas minder gemakkelijk te laten afkoelen, uiteenvallen en gewone sterren te laten vormen. In plaats daarvan zou het gas rechtstreeks kunnen instorten tot zwarte gaten, nog vóór er stellaire populaties ontstonden. 8

Dat scenario heet in wezen niet-helemaal-oeroud: zulke zwarte gaten zouden niet, zoals hypothetische oerzwarte gaten, meteen in de allereerste momenten na de oerknal zijn gevormd. Maar ze zouden wel eerder ontstaan dan de gebruikelijke zwarte gaten die overblijven nadat zware sterren sterven. Een veel zwaarder beginzaad maakt het eenvoudiger te begrijpen hoe quasars in korte kosmische tijd al enorme zwarte gaten konden bevatten. Het blijft vooralsnog een theoretisch mechanisme, geen waarneming van zo’n zaad. 8

Kleine rode stippen in paren

Een analyse van de COSMOS-Web-survey vond vier kandidaatparen van kleine rode stippen met geprojecteerde onderlinge afstanden van 0,2 tot 1,2 boogseconde. Dat wijst op een mogelijke overmaat aan clustering op kleine schaal. 14

Als spectroscopie bevestigt dat de twee bronnen in elk paar werkelijk op dezelfde roodverschuiving staan én allebei een accreterend zwart gat bevatten, dan bieden interacties tussen sterrenstelsels een logische groeiroute. Zo’n ontmoeting kan gas naar de kernen voeren, de aanwas van zwarte gaten aanjagen en uiteindelijk een samensmelting mogelijk maken. Daarmee komt er naast gasaanwas ook hiërarchische groei via fusies in beeld. 14

De voorzichtigheid is essentieel: het gaat nog om kandidaatparen. Een toevallige projectie aan de hemel, een echte fysieke associatie en een latere samensmelting van de zwarte gaten zijn drie verschillende stappen die nog moeten worden vastgesteld. 14

MoM-BH*-1: een zwart gat dat op een ster kan lijken

De voorgestelde interpretatie van MoM-BH-1* laat zien hoe een snel groeiend zwart gat zich als een compacte, rode en sterachtige bron kan voordoen. Het spectrum past volgens het gemelde model beter bij een dichte gasomhulling die wordt verhit door een centraal accreterend zwart gat dan bij een gewone ster die energie produceert via kernfusie. 1

In dat model heeft het centrale zwarte gat ongeveer 100.000 zonsmassa’s. Daaromheen ligt een enorme, dichte waterstofomhulling van grofweg de schaal van ons zonnestelsel. 1 Het object zou dus al een zwaar zwartgatzaad bevatten, en niet het bescheiden restant zijn van één normale ster.

Een combinatie van groeiversnellers

De bredere les is dat superzware zwarte gaten in het vroege heelal mogelijk konden ontstaan door drie processen te combineren:

• zware beginzaden;
• aanhoudende, mogelijk deels verborgen snelle gasaanwas;
• groei door samensmeltingen, vooral in wisselwerkende sterrenstelsels.

Dat is minder ingrijpend dan de aanname van een enorme populatie zwarte gaten die meteen na de oerknal is gevormd. Tegelijk vraagt het nog steeds om zeldzame omstandigheden waarin gas efficiënt wordt samengebracht en de normale vorming van sterren wordt onderdrukt.

De drie resultaten vullen elkaar dus aan, maar zijn nog geen sluitend bewijs. Het eerste is theorie, de paren van rode stippen moeten worden bevestigd en MoM-BH*-1 kan één subtype vertegenwoordigen in plaats van de volledige populatie kleine rode stippen. 8141