Reuzenstelsels blijken soms hun superzware zwarte gat kwijt te zijn
Diep in het hart van bijna elk sterrenstelsel zit een superzwaar zwart gat: een gebied waar zoveel massa is samengeperst dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen. Normaal gesproken is er een strakke regel tussen hoe zwaar zo'n zwart gat is en hoe zwaar het stelsel eromheen. Maar nieuwe metingen laten iets vreemds zien: in sommige van de allergrootste stelsels lijkt het zwarte gat compleet te ontbreken.
Astronomen kijken al dertig jaar naar de relatie tussen zwarte gaten en hun sterrenstelsels. Er bestaat een bekend verband: hoe sneller de sterren rond het centrum van een stelsel bewegen (de zogeheten snelheidsdispersie, een maat voor hoe chaotisch sterren rondtollen), hoe zwaarder het zwarte gat daar meestal is. Dit heet de M-BH-sigma-relatie. Er is ook een tweede verband, met de totale hoeveelheid sterren in het stelsel.
Theorieën voorspelden al langer dat bij de allerzwaarste stelsels, die vooral groeien door botsingen met andere stelsels zonder veel gas, dat tweede verband (met de totale stermassa) belangrijker zou worden dan het eerste. Dat was lastig te testen, omdat zulke extreme stelsels zeldzaam zijn en hun centrum erg zwak licht geeft.
Wat de James Webb-telescoop vond
Een team van onderzoekers gebruikte de James Webb-ruimtetelescoop om acht van deze extreem zware stelsels nauwkeurig te bekijken. De resultaten zijn opvallend. De meeste zwarte gaten in deze stelsels zijn zwaarder dan tien miljard keer de massa van onze zon, veel groter dan de oude vuistregel zou voorspellen op basis van de bewegingssnelheid van sterren.
Precies zoals de theorie voorspelde, volgen deze stelsels wél heel netjes het tweede verband: hoe meer sterren, hoe zwaarder het zwarte gat. Dat bevestigt een belangrijke aanname over hoe de grootste stelsels in het heelal groeien.
Maar er was ook een verrassing. Bij één van de acht stelsels gebeurde het tegenovergestelde van wat je zou verwachten. In plaats van dat sterren sneller gaan bewegen naarmate je dichter bij het centrum komt (het teken van een zwaar zwart gat), werden ze juist langzamer. Er was geen enkel bewijs voor extra massa in het midden. De data zijn zelfs volledig te verklaren zonder dat er daar een zwart gat zit.
Dit patroon was al zichtbaar in de ruwe meetgegevens, nog voordat de onderzoekers ingewikkelde berekeningen deden. Verdere modellen bevestigden het beeld.
Wat betekent dit (nog) niet: de onderzoekers kunnen alleen een bovengrens geven voor de massa van het ontbrekende zwarte gat, geen definitief bewijs dat het er echt helemaal niet is. Het gaat bovendien om één stelsel uit een steekproef van acht, dus dit is een eerste waarneming die nog bevestiging nodig heeft in meer stelsels voordat het een vaststaand patroon is.
Hoe kan een zwart gat nou "verdwijnen"? De onderzoekers denken aan extreme processen die kunnen optreden wanneer stelsels met elkaar botsen. Zo kunnen twee zwarte gaten die samensmelten een klap krijgen van de zwaartekrachtsgolven die daarbij vrijkomen, waardoor ze als een soort terugslag uit het centrum van het stelsel worden weggeschoten. Ook is het mogelijk dat drie zwarte gaten samen een soort kosmisch biljartspel spelen, waarbij er eentje wordt weggekatapulteerd.
Dit onderzoek laat zien dat de groei van superzware zwarte gaten in de zwaarste stelsels van het heelal veel grilliger verloopt dan gedacht. Soms groeien ze harder dan verwacht, soms lijken ze helemaal te verdwijnen. Dat is belangrijk om te weten, want deze reuzenstelsels en hun zwarte gaten vertellen ons hoe het heelal op zijn grootste schaal is opgebouwd.
Bron: Stochastic black hole growth tracks stellar mass in ultramassive galaxies