Astronomen hebben een quasar ontdekt op ruim 13 miljard lichtjaar afstand. De verste ooit. In deze heldere sterrenstelselkern huist een superzwaar zwart gat dat 1,6 miljard keer zwaarder is dan de zon. Het object werpt licht op het ontstaan van zwarte gaten.
Quasars zijn heldere kernen van actieve sterrenstelsels. In de actieve kern bevindt zich een zwart gat dat gas en ander materie uit zijn omgeving opslokt. Grote zwarte gaten zijn geen nette eters. Tijdens de maaltijd worden er bundels energierijke deeltjes en straling de ruimte in geslingerd. Hierdoor lichten de actieve kernen helder op.
De nieuw ontdekte quasar, genaamd J0313-1806, staat ‘slechts’ 20 miljoen lichtjaar verder dan de vorige recordhouder, maar is wel twee keer zo zwaar. J0313-1806 slokt jaarlijks de massa van 25 zonnen aan materie op. Hierbij spuit hij energierijk gas en straling uit met een vijfde van de lichtsnelheid. Hij straalt hierdoor meer dan duizend keer helderder dan de volledige Melkweg.
Verre en vroege quasar
Hoe dieper je het heelal in staart, hoe verder je terug in de tijd kijkt. Het licht reist namelijk met de lichtsnelheid. Zo doet het licht van de zon er acht minuten over om naar de aarde te reizen. Daarom zien we de zon dus altijd zoals zij er acht minuten eerder uitzag.
De verre quasar zien we daarom zoals hij was toen het heelal slechts 670 miljoen jaar oud was. De oerknal was 13,8 miljard jaar geleden. De quasar bevindt zich dus in een piepjong heelal. Hoe kon zo’n enorm kosmisch monster in zo’n korte tijd ontstaan?
De meeste zwarte gaten ontstaan wanneer een zware ster aan het eind van zijn leven instort. ‘Maar we denken dat de superzware zwarte gaten, zoals degenen die quasars aandrijven, ontstaan uit kleine zwarte gaten’, zegt Feige Wang van de Amerikaanse University of Arizona.
De meeste sterrenkundigen denken dat die kleinere exemplaren een paar honderd miljoen jaar naar de oerknal ontstonden, uit de eerste sterren. Die sterren waren honderden keren zo zwaar als de zon en hadden een kort en heftig leven waarna ze ineenstorten tot zwarte gaten. Het heersende idee is dat de superzware monsters ontstonden door het samensmelten van meerdere van deze eerste, kleinere zwarte gaten.
Leerzaam monster
Maar het zwarte monster van J0313-1806 gaat tegen deze theorie in. Om een zwart gat van 1,6 miljard zonsmassa’s te vormen, zouden kleinere zwarte gaten van meer dan tienduizend zonsmassa nodig zijn. ‘Zulke massieve kleine zwarte gaten kunnen niet voortkomen uit de dood van de eerste sterren’, zegt Wang. ‘De ontdekking van J0313-1806 duidt dus op een andere manier waarop vroege zwarte gaten vormden.’
Hiervoor bestaan enkele theorieën. Zo zouden zwarte gaten van meer dan tienduizend zonsmassa’s ontstaan kunnen zijn doordat het gas vlak na de oerknal direct ineenstortte tot zulke zwarte gaten; zonder eerst sterren te vormen. ‘Voor het testen van deze en andere theorieën zijn meer observaties nodig’, zegt Wang. ‘Bijvoorbeeld met de toekomstige James Webb-ruimtetelescoop, waarmee we quasars in meer detail kunnen gaan waarnemen.’
De gulzigheid van J0313-1806 zal uiteindelijk het einde van de groei van het zwarte gat en diens sterrenstelsel betekenen, schrijven de onderzoekers. Omdat hij tijdens het schrokken zoveel materie en straling uitzendt, blaast hij het aanwezige gas weg. Hierdoor heeft hij zelf niets meer te eten en stopt hij met groeien en stralen. Daarnaast zal de stervorming – nu jaarlijks 200 zonsmassa’s – stil komen te liggen, omdat er geen gas meer is waaruit nieuwe sterren kunnen ontstaan. Zo blaast het superzware zwarte gat zijn eigen kaars uit.