Onbekend rood object wijst op nieuw type kosmisch verschijnsel

Astronomen hebben met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop een reeks zwakke, ver verwijderde „kleine rode stippen” ontdekt in het jonge heelal. Eén van deze objecten springt eruit door zijn opvallende helderheid en ongewone eigenschappen. Na vergelijking met bestaande modellen concluderen onderzoekers dat het object mogelijk een nieuw soort astronomisch verschijnsel vertegenwoordigt: een sterachtig zwart gat — een compacte bron die eruitziet als een ster, maar waarvan de energie niet uit kernfusie komt.

Wat zijn die „kleine rode stippen”?

De waargenomen objecten bevinden zich zo ver weg dat hun licht er ongeveer 12 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. Dat betekent dat we ze zien zoals ze waren toen het heelal nog zeer jong was — ongeveer 1,8 miljard jaar na de Oerknal. Deze bronnen zijn opvallend rood van kleur en erg compact, wat aanleiding gaf tot verschillende verklaringspogingen binnen de onderzoekswereld.

Aanvankelijk werd gedacht dat sommige van deze felrode bronnen zware, hete sterren zouden kunnen zijn. Maar veel van de „kleine rode stippen” voldeden niet aan de typische kenmerken die bij gewone sterren horen. Een andere hypothese stelde dat het compacte, extreem dichte mini-galaxies zijn die toch honderden duizenden sterren herbergen, maar dat roept vragen op over bestaande theorieën van vroege galactische vorming.

Mogelijke verklaringen en hun beperkingen

Onderzoekers hebben meerdere scenario’s onderzocht om de rode objecten te verklaren. De belangrijkste opties waren:

• Zware, heldere sterren: zouden de intensiteit en de temperatuur van de bron kunnen verklaren, maar veel spectrale kenmerken komen hier niet overeen.
• Compacte, zeer dichte sterrenhopen/galaxieën: een kleine structuur met honderden duizenden sterren zou de helderheid kunnen verklaren, maar paste niet goed bij verwachtingen van vroege galactische evolutie.
• Stof-omsloten actieve galactische kern (AGN): een accretieproces rond een superzware zwarte gat dat door veel stof rood lijkt — deze theorie conflicteert met bestaande modellen van door stof roodgemaakte AGN.
• Ster-achtig zwart gat: een nieuwe categorie waarbij een superzwaar zwart gat omgeven is door een dik laagje waterstofgas, dat de uitgestraalde harsvlammen van de accretieschijf rood kleurt en het object het visuele voorkomen van een ster geeft.

De meeste traditionele modellen konden de observaties van een specifiek, zeer helder rood object echter niet volledig verklaren.

Het bijzondere object: helder, rood en weerbarstig

Bij de zoektocht naar meerdere van deze bronnen stak één object boven de rest uit: zijn licht heeft ongeveer 11,9 miljard jaar gereisd en het is aanzienlijk helderder dan de andere „rode stippen”. Toen de onderzoekers het spectrum van deze bron analyseerden, bleek dat het zowel eigenschappen toonde die bij een extreem hete, massieve ster zouden passen als kenmerken die overeenkomen met een zeer compacte sterrenstelselsituatie. Toch voldeed het niet volledig aan een enkel bestaand model.

Na uitgebreide vergelijking met modellen van stervorming, van galactische structuren en van actieve kernprocessen concludeerden de auteurs dat geen van die modellen een passende verklaring bood. De meest plausibele interpretatie is geworden dat het object wordt aangedreven door een superzwaar zwart gat dat is omgeven door een dikke laag waterstofgas. De energie van het accretieproces verwarmt die gasomhulling, waarbij het uiterlijk dat normaal aan een ster wordt toegeschreven, wordt nagebootst.

In dit scenario vindt er in het centrum geen kernfusie plaats — de bron produceert zijn licht door materie die in de accretieschijf van het zwarte gat valt. De omringende waterstoflagen zijn bovendien veel turbulenter dan een normale steratmosfeer, wat aanvullende afwijkingen in het spectrum kan verklaren.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het vakblad Astronomy & Astrophysics. De waarnemingen zetten aan tot discussie over het volledige scala van mogelijke objecten in het vroege heelal en roepen nieuwe vragen op over de manier waarop sterrenstelsels en zwarte gaten in de eerste miljarden jaren samen ontstonden en evolueerden.

De mogelijke ontdekking van een „ster-achtig” zwart gat opent een nieuw onderzoeksveld. Als bevestiging volgt, kan dit betekenen dat er in het jonge heelal processen plaatsvonden die onze huidige modellen van ster- en galactische vorming aanzienlijk uitbreiden of herschrijven.

Wat gebeurt er nu?

Nader onderzoek met dezelfde en aanvullende instrumenten is nodig om de aard van deze bronnen te verifiëren. Toekomstige waarnemingen moeten meer voorbeelden identificeren, hun spectra nauwkeuriger bepalen en de ruimtelijke omgeving in kaart brengen. Alleen zo kan worden vastgesteld of het bijzondere object daadwerkelijk een nieuwe categorie vormt of dat de huidige modellen kunnen worden aangepast.

FAQ

• Wat betekent „ster-achtig” zwart gat?

  Het verwijst naar een accretion-powered bron die in uiterlijk lijkt op een ster dankzij een dikke, oplichtende gasomhulling, maar waarvan de energiebron een zwart gat is in plaats van kernfusie.

• Hoe weten we hoe ver deze objecten weg zijn?

  Afstand wordt afgeleid uit roodverschuiving en spectrale kenmerken; in dit geval duiden de metingen op lichtreistijden van ongeveer 11,9 tot 12 miljard jaar.

• Waarom past dit niet in bestaande modellen?

  De gecombineerde spectrale en lichtkrachtkenmerken komen niet overeen met standaardverwachtingen voor sterren, kleine galactische systemen of stof-omhulde actieve kernen, waardoor het object unieke eigenschappen toont.

• Welke gevolgen heeft dit voor kosmologie?

  Als dergelijke objecten algemeen voorkwamen, moeten theorieën over vroege stervorming en de groei van zwarte gaten mogelijk worden herzien.