JWST onthult dichtste paar van voedende zwarte gaten in het vroege heelal — én een trio in een ander sterrenstelsel

Waarom oudere telescopen het misten: LID-1166 werd eerst opgemerkt als een röntgenbron in de Chandra COSMOS Legacy Survey, maar bleef volkomen onzichtbaar op de diepste opnamen van de Hubble-ruimtetelescoop . De zwarte gaten zijn bedolven onder dicht gas en stof dat zichtbaar en nabij-infrarood licht tegenhoudt .

JWST's instrument van keuze: Het team, onder leiding van Hyewon Suh van NSF NOIRLab, gebruikte JWST's Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) . NIRSpec onthulde twee compacte, gloeiende bronnen op 4.900 lichtjaar afstand, elk met spectraallijnen van gas dat met hoge snelheid rondwervelt — onmiskenbare tekenen van actief etende superzware zwarte gaten (actieve galactische kernen, of AGN) . Co-auteur Roberto Decarli zei: 'Deze stap in de ontdekking kon alleen worden gezet dankzij de uitzonderlijke beeldvormende en spectroscopische mogelijkheden van de JWST, en in het bijzonder zijn instrument NIRSpec. Vergelijkbare waarnemingen vanaf de grond zouden extreem moeilijk zijn vanwege de slechte doorlaatbaarheid van de atmosfeer bij deze golflengten.'

Wat ALMA toevoegde: De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ontdekte grote hoeveelheden koud gas bij elk AGN . Decarli merkte op dat dit 'erop wijst dat de twee AGN zich in het centrum van twee sterrenstelsels bevinden die op het punt staan te fuseren.' De aanwezigheid van een koude, gasrijke galactische omgeving rond elk zwart gat hielp bij het uitsluiten van exotische alternatieve vormingsscenario's en bevestigde een echte gasrijke fusie van sterrenstelsels . De studie is geaccepteerd voor publicatie in Nature Astronomy (preprint arXiv:2607.19491) .

Een wereldprimeur: drie actieve zwarte gaten in één sterrenstelsel

Een gelijktijdige studie, onder leiding van Hannah Übler van het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Natuurkunde, identificeerde drie actief groeiende superzware zwarte gaten in het sterrenstelsel J0148-4214 . Het sterrenstelsel bevindt zich op meer dan 12,5 miljard lichtjaar van de aarde (roodverschuiving z=5,0167), wat overeenkomt met ruwweg 1,2 miljard jaar na de oerknal .

Configuratie van het trio: Twee van de zwarte gaten liggen dicht bij elkaar in het centrum van het sterrenstelsel, op slechts 620 lichtjaar van elkaar in projectie, wat erop wijst dat ze op het punt staan te fuseren. Een derde zwart gat bevindt zich verder weg in de buitenste regionen van het sterrenstelsel, ongeveer 5.500 lichtjaar van het centrum . De massa's variëren van een paar miljoen tot ongeveer 80 miljoen zonsmassa's .

Detectiemethode: Het team gebruikte JWST's NIRSpec in Integral Field Unit-modus (NIRSpec-IFS) — ruimtelijk opgeloste spectroscopie — om de zwarte gaten te detecteren via hun spectrale vingerafdrukken. Elk werd geïdentificeerd door brede H-alfa-emissie (FWHM 430–2.920 km/s) zonder een verboden-lijn-tegenhanger, een duidelijke handtekening van gas dat om een massief zwart gat draait .

Dit is het eerste bewijs van drie actieve superzware zwarte gaten in één sterrenstelsel in het verre heelal . Übler zei: 'Het suggereert dat processen in het vroege heelal efficiënt waren in het samenbrengen van massieve zwarte gaten, wat de weg vrijmaakt voor de fusies van massieve zwarte gaten die we verwachten te detecteren met toekomstige zwaartekrachtgolfobservatoria.' De studie is gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics als onderdeel van het BlackTHUNDER-project .

Wat deze ontdekkingen betekenen

Samen bieden de twee resultaten een nieuw venster op een cruciale fase in de kosmische geschiedenis. Ze tonen aan dat superzware zwarte gaten niet alleen aanwezig waren, maar ook actief fuseerden en groeiden in gasrijke omgevingen minder dan 1,5 miljard jaar na de oerknal. JWST's vermogen om door stof heen te kijken — met infrarood licht dat kortere golflengten niet kunnen binnendringen — was de sleutel tot het onthullen van deze verborgen zwarte gaten. Zoals de LID-1166-studie opmerkt, waren oudere telescopen zoals Hubble blind voor deze objecten, die gehuld zijn in hetzelfde gas en stof dat hen voedt .