In de James Webb-afbeeldingen is het weinig meer dan een rode stip. Toen keken astronomen stukje bij beetje naar het licht en die stip begon zich op een beslist vreemde manier te gedragen: hij ziet eruit als een enorme ster, ongeveer zo groot als ons zonnestelsel, maar hij produceert te veel energie om een ster te zijn.
De groep onder leiding van Rohan Naidu, een onderzoeker aan het MIT, stelt een nieuwe verklaring voor: in het centrum zou zich een zwart gat kunnen bevinden, omringd door een gigantisch en zeer dicht omhulsel van gas. Wetenschappers hebben deze mogelijke configuratie een ‘zwart gat-ster’ genoemd. Het onderzoek is gepubliceerd op Natuur met de titel Een gasomhuld en gasrood zwart gat bij Kosmische Dageraad.
Het object, genaamd MoM-BH*-1, dateert uit de tijd dat het heelal nog maar een paar honderd miljoen jaar oud was. Als de interpretatie wordt bevestigd, kan het ook helpen om te begrijpen wat de mysterieuze velen zijn kleine rode puntjesde kleine rode stippen die de ruimtetelescoop blijft vinden in beelden van het verste heelal.
Een ster ter grootte van ons zonnestelsel, met een zwart gat in het midden
De naam “zwart gat-ster” is effectief, maar vereist enige verduidelijking. Astronomen beschrijven een gewone ster met een zwart gat erin niet als een verrassend paasei.
Het voorgestelde model is anders. In het centrum van MoM-BH*-1 zou zich een zwart gat bevinden dat ongeveer 100.000 maal massiever is dan de zon. Eromheen zou zich een enorm omhulsel van waterstof uitstrekken, zo dicht dat het zich, van veraf waargenomen, bijna gedraagt als de atmosfeer van een gigantische ster.
De bron van de energie zou het materiaal zijn dat naar het zwarte gat valt. Terwijl het gas wordt aangetrokken en verwarmd, komt er enorme hoeveelheden straling vrij. Het is een veel krachtiger mechanisme dan de kernfusie die sterren als de zon aandrijft.
En het is precies de helderheid van MoM-BH*-1 die de eerste verklaring opblies. Volgens het MIT-team produceert het object ongeveer 100 miljard keer meer energie dan een bekende ster fysiek zou kunnen genereren. Voor een normale ster zou het een onmogelijke berekening zijn. Voor een zwart gat dat materie opslokt, veel minder.
Het licht ervan maakte astronomen achterdochtig
MoM-BH*-1 werd gedetecteerd tijdens een observatieprogramma genaamd Mirage of Miracle, gemaakt om te zoeken naar enkele van de eerste sterrenstelsels die zich na de oerknal vormden. Onder de waargenomen bronnen bevond zich een bijzonder rode en heldere bron. Het lijkt erop dat de kleur te wijten is aan kosmisch stof, dat bepaalde golflengten absorbeert en ervoor zorgt dat objecten er roder uitzien. Het spook vertelde echter een ander verhaal. Bij bepaalde golflengten daalde het licht scherp.
Astronomen noemen dit fenomeen Balmersprong: het kan ontstaan wanneer waterstof een bepaald deel van de straling absorbeert en wordt ook waargenomen in de atmosfeer van sommige sterren. Hier was het signaal echter uitzonderlijk diep, zoals Naidu uitlegt in het materiaal dat door MIT is vrijgegeven:
Het is de diepste sprong die ooit bij welk object dan ook is waargenomen.
Gewone sterren waren volgens de groep niet genoeg om zoiets te produceren. Dan was er nog een detail: in het licht van MoM-BH*-1 vonden astronomen bijna alleen maar waterstof en helium, met heel weinig sporen van de zwaardere elementen die astronomen doorgaans ‘metalen’ noemen.
Het portret werd daarom steeds merkwaardiger: een enorm heldere bron, omgeven door zeer dicht gas, met een spectrum dat in sommige opzichten lijkt op dat van een sterrenatmosfeer en een energie die beter compatibel is met een zwart gat.
Door de simulaties is een soort kosmische cocon gebouwd
Om te begrijpen wat dat licht zou kunnen produceren, probeerden de onderzoekers verschillende computersimulaties. Eén van de vragen was heel simpel: kan zo’n rood object worden verkregen met vooral waterstof, zonder dat je het achter enorme hoeveelheden stof hoeft te verstoppen?
Het antwoord uit de modellen was ja. Er zou echter een extreem dichte waterstofomhulling nodig zijn, heel anders dan de lichte gaswolken die normaal tussen sterren aanwezig zijn.
Door een actief zwart gat in het midden van het model te plaatsen en de massa en andere kenmerken ervan aan te passen, kon het team de door James Webb waargenomen helderheid vrij goed reproduceren. Zo werd de hypothese van de zwart gat-ster geboren: een krachtig centraal zwart gat verborgen in een enorme cocon van gas.
De onderzoekers zelf blijven echter praten over een interpretatie. MoM-BH*-1 werd waargenomen; zijn licht en spectrum zijn echte gegevens. De structuur met het centrale zwarte gat en de stellaire envelop is afgeleid van het model dat deze waarnemingen op dit moment het beste verklaart.
Het zou de mysterieuze ‘kleine rode stippen’ van de James Webb kunnen verklaren
Het verhaal wordt nog interessanter omdat MoM-BH*-1 niet de enige rode stip is die voor de James Webb-instrumenten verscheen. Sinds de telescoop het diepe heelal begon te observeren, hebben astronomen er talloze gevonden kleine rode puntjes: zeer compacte en rode bronnen die vooral aanwezig zijn in het jonge heelal en veel zeldzamer in de daaropvolgende tijdperken.
Uitzoeken wat ze zijn is een van de kleine puzzels van het JWST-tijdperk geworden. Volgens Naidu en collega’s kunnen veel van deze objecten structuren bevatten die lijken op de zwart gat-ster: jonge zwarte gaten omgeven door enorme hoeveelheden gas. MoM-BH*-1 zou hiervan een bijzonder duidelijk geval zijn, omdat de centrale bron zo helder is dat hij bijna zijn gaststelsel overschaduwt.
Dit zou ook een groter probleem kunnen helpen oplossen. Astronomen hebben al enorme zwarte gaten ontdekt toen het heelal nog heel jong was en proberen te begrijpen hoe ze zo snel konden groeien. Een zwart gat ondergedompeld in een omgeving die rijk is aan gas zou over veel materiaal beschikken. Een soort kosmisch buffet opende een paar honderd miljoen jaar na de oerknal.
Voorlopig blijft MoM-BH*-1 een object met een interpretatie die moet worden getest door middel van nieuwe waarnemingen. James Webb heeft echter al genoeg gedaan: hij pakte een van de vele rode stippen van het oorspronkelijke heelal en vond daarbinnen iets dat de tot nu toe gebruikte categorieën moeilijk te bevatten zijn. Een mogelijke ster zo groot als het zonnestelsel, aangedreven door een zwart gat.
