Wat was er eerst: zwarte gaten of sterrenstelsels?

By | February 11, 2024

Een illustratie van een magnetisch veld gecreëerd door een superzwaar zwart gat in het vroege heelal, waarin turbulente plasma-uitstromen te zien zijn die gaswolken in sterren veranderen. Fotocredit: ROBERTO MOLAR CANDANOSA / JHU

Zwarte gaten bestonden niet alleen in het begin der tijden, ze brachten ook nieuwe sterren voort en versnelden de vorming van sterrenstelsels, zo blijkt uit een nieuwe analyse van gegevens van de James Webb Space Telescope.

De bevindingen zetten theorieën over hoe zwarte gaten de kosmos vormgeven op hun kop en stellen het klassieke begrip ter discussie dat ze ontstonden nadat de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden. In plaats daarvan hebben zwarte gaten de geboorte van nieuwe sterren mogelijk dramatisch versneld in de eerste 50 miljoen jaar van het universum, een vluchtige periode in zijn 13,8 miljard jaar durende geschiedenis.

‘We weten dat deze gigantische zwarte gaten voorkomen in het centrum van sterrenstelsels nabij onze Melkweg, maar de grote verrassing is nu dat ze ook aan het begin van het heelal aanwezig waren en bijna als bouwstenen of zaden voor vroege sterrenstelsels leken’ hoofdauteur Joseph Silk, professor aan de afdeling natuurkunde en astronomie aan de Johns Hopkins University en het Institute of Astrophysics, Parijs, Sorbonne University. “Ze hebben werkelijk alles versneld, als gigantische versterkers van stervorming, wat een complete omkering is van wat we eerder voor mogelijk hielden – zozeer zelfs dat het ons begrip van hoe sterrenstelsels ontstaan ​​volledig op zijn kop zou kunnen zetten.”

Het werk is onlangs gepubliceerd in Astrofysische dagboekbrieven.

Verre sterrenstelsels uit het zeer vroege heelal, waargenomen met de Webb-telescoop, lijken veel helderder dan wetenschappers hadden voorspeld en hebben ongewoon hoge aantallen jonge sterren en superzware zwarte gaten, zei Silk.

Conventionele wijsheid suggereert dat zwarte gaten ontstonden na de ineenstorting van superzware sterren en dat sterrenstelsels ontstonden nadat de eerste sterren het donkere vroege heelal verlichtten. De analyse van het team van Silk suggereert echter dat zwarte gaten en sterrenstelsels de eerste 100 miljoen jaar naast elkaar hebben bestaan ​​en elkaars lot hebben beïnvloed. Als de hele geschiedenis van het universum een ​​kalender van twaalf maanden zou zijn, zouden deze jaren lijken op de eerste dagen van januari, zei Silk.

“Wij beweren dat zwarte gaten versnipperde gaswolken uitstoten, deze in sterren veranderen en de snelheid van stervorming aanzienlijk versnellen,” zei Silk. “Anders is het heel moeilijk te begrijpen waar deze heldere sterrenstelsels vandaan komen, omdat ze in het vroege heelal meestal kleiner zijn. Waarom zouden ze in vredesnaam zo snel sterren vormen?”

Zwarte gaten zijn gebieden in de ruimte waar de zwaartekracht zo sterk is dat niets aan zijn aantrekkingskracht kan ontsnappen, zelfs licht niet. Vanwege deze kracht produceren ze sterke magnetische velden die hevige stormen veroorzaken, turbulent plasma uitstoten en uiteindelijk fungeren als enorme deeltjesversnellers, zei Silk. Dit proces, zei hij, is waarschijnlijk de reden waarom de detectoren van Webb meer van deze zwarte gaten en heldere sterrenstelsels hebben ontdekt dan wetenschappers hadden verwacht.

“We kunnen deze gewelddadige winden of jets niet ver weg zien, maar we weten dat ze er moeten zijn omdat we vroeg in het universum veel zwarte gaten zien”, legt Silk uit. “Deze enorme winden die uit zwarte gaten komen, verpletteren nabijgelegen gaswolken en veranderen ze in sterren. Dit is de ontbrekende schakel die verklaart waarom deze eerste sterrenstelsels zoveel helderder zijn dan we hadden verwacht.”

Het team van Silk voorspelt dat het vroege universum twee fasen kende. Tijdens de eerste fase versnelde de snelle uitstroom uit zwarte gaten de stervorming, terwijl in een tweede fase de uitstroom vertraagde. Een paar honderd miljoen jaar na de oerknal stortten gaswolken in als gevolg van superzware magnetische zwart-gatstormen, en nieuwe sterren werden geboren met een snelheid die veel hoger was dan de snelheid die miljarden jaren later in normale sterrenstelsels werd waargenomen, zei Silk. De stervorming is vertraagd omdat deze krachtige uitstromen een staat van energiebehoud hebben bereikt, zei hij, waardoor de hoeveelheid gas die beschikbaar is voor stervorming in sterrenstelsels afneemt.

‘We dachten dat sterrenstelsels aanvankelijk ontstonden toen een enorme gaswolk instortte’, legt Silk uit. “De grote verrassing is dat er een zaadje in het midden van deze wolk zat – een groot zwart gat – en dat hielp om het binnenste deel van deze wolk snel en veel sneller in sterren te veranderen dan we ooit hadden verwacht. En zo ontstonden de eerste sterrenstelsels: ze zijn ongelooflijk helder.”

Het team verwacht dat toekomstige waarnemingen met de Webb-telescoop, met nauwkeurigere tellingen van sterren en superzware zwarte gaten in het vroege heelal, hun berekeningen zullen helpen bevestigen. Silk gelooft dat deze observaties wetenschappers ook zullen helpen verdere aanwijzingen te vinden over de evolutie van het universum.

“De grote vraag is: wat was ons begin? De zon is een van de 100 miljard sterren in de Melkweg, en er bevindt zich ook een gigantisch zwart gat in het centrum. Welk verband bestaat er tussen die twee?”, zei hij. “Binnen een jaar zullen we veel betere gegevens hebben en zullen veel van onze vragen antwoorden hebben.”

Auteurs zijn onder meer Colin Norman en Rosemary FG Wyse van Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman van de Universiteit van Colorado en het National Institute of Standards and Technology; en Adi Nusser van het Israel Institute of Technology.

Meer informatie:
Joseph Silk et al., Wat was er eerst: superzware zwarte gaten of sterrenstelsels? Bevindingen van JWST, De astrofysische dagboekbrieven (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1bf0

Geleverd door de Johns Hopkins Universiteit

Citaat: Wat was er eerst: zwarte gaten of sterrenstelsels? (2024, 10 februari), opgehaald op 11 februari 2024 van https://phys.org/news/2024-02-black-holes-galaxies.html

Op dit document rust auteursrecht. Behalve voor eerlijke handelsdoeleinden voor privéstudie of onderzoek, mag geen enkel deel worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud is uitsluitend bedoeld voor informatieve doeleinden.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *