Kort na de start van de wetenschappelijke activiteiten van NASA's James Webb ruimtetelescoop merkten astronomen iets onverwachts op in de gegevens: rode objecten die klein lijken aan de hemel en zich in het verre, jonge heelal bevinden. Deze intrigerende klasse van objecten, die bekend is geworden als “little red dotts” (LRD's), wordt op dit moment niet goed begrepen en roept nieuwe vragen en theorieën op over de processen die zich in het vroege heelal hebben voorgedaan. Door het uitkammen van openbaar beschikbare Webb-datasets heeft een team van astronomen onlangs een van de grootste steekproeven van LRD's tot nu toe samengesteld, die bijna allemaal bestonden gedurende de eerste 1,5 miljard jaar na de oerknal. Ze concludeerden dat een groot deel van de LRD's in hun steekproef waarschijnlijk sterrenstelsels zijn met groeiende zwarte gaten in hun centra.
In december 2022, minder dan zes maanden na het begin van de wetenschappelijke activiteiten, onthulde NASA's James Webb ruimtetelescoop iets dat nog nooit eerder was gezien: talrijke rode objecten die klein lijken aan de hemel, die wetenschappers al snel “kleine rode stippen” (LRD's) noemden. Hoewel deze stipjes vrij talrijk zijn, zijn onderzoekers verbijsterd over hun aard, de reden voor hun unieke kleuren en wat ze vertellen over het vroege heelal. Een team van astronomen heeft onlangs een van de grootste steekproeven van LRD's tot nu toe samengesteld, die bijna allemaal bestonden gedurende de eerste 1,5 miljard jaar na de oerknal. Ze ontdekten dat een groot deel van de LRD's in hun monster tekenen vertoonde van groeiende superzware zwarte gaten. “We zijn in de war door deze nieuwe populatie objecten die Webb heeft gevonden. We zien geen analogieën van deze objecten bij lagere roodverschuivingen, wat de reden is dat we ze voor Webb nog niet zagen”, zegt Dale Kocevski van het Colby College in Waterville, Maine, en hoofdauteur van het onderzoek. “Er wordt een aanzienlijke hoeveelheid werk verricht om de aard van deze kleine rode stippen te bepalen en of hun licht wordt gedomineerd door zwarte gaten die accreteren.”
Een potentieel kijkje in de vroege groei van het zwarte gat
Een belangrijke factor die bijdroeg aan het grote aantal LRD's van het team was het gebruik van openbaar beschikbare Webb-gegevens. Om te beginnen zocht het team naar deze rode bronnen in de Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) survey, voordat ze hun blik verruimden naar andere extragalactische velden, waaronder de JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) en de Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP) survey. De gebruikte methodologie om deze objecten te identificeren verschilde ook van eerdere studies, waardoor de telling een breed roodverschuivingsbereik beslaat. De verdeling die ze ontdekten is intrigerend: LRD's verschijnen in grote aantallen rond 600 miljoen jaar na de oerknal en ondergaan een snelle afname in aantal rond 1,5 miljard jaar na de oerknal. Het team keek naar de Red Unknown: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES) voor spectroscopische gegevens over sommige LRD's in hun steekproef. Ze ontdekten dat ongeveer 70 procent van de doelen bewijs vertoonde van gas dat snel een baan van 1.000 kilometer per seconde aflegde - een teken van een accretieschijf rond een superzwaar zwart gat. Dit suggereert dat veel LRD's accreterende zwarte gaten zijn, ook wel actieve galactische kernen (AGN) genoemd. “Het meest opwindende voor mij zijn de roodverschuivingverdelingen. Deze echt rode bronnen met een hoge roodverschuiving houden in principe op te bestaan op een bepaald punt na de oerknal”, zegt Steven Finkelstein, co-auteur van het onderzoek aan de Universiteit van Texas in Austin. “Als het groeiende zwarte gaten zijn, en we denken dat minstens 70 procent daarvan dat is, dan wijst dit op een tijdperk van verduisterde groei van zwarte gaten in het vroege heelal.”
Foto: NASA/ESA/CSA
In tegenstelling tot de krantenkoppen is de kosmologie niet kapot
Toen LRD's voor het eerst werden ontdekt, suggereerden sommigen dat de kosmologie “kapot” was. Als al het licht van deze objecten afkomstig was van sterren, impliceerde dit dat sommige sterrenstelsels zo groot en snel waren geworden dat theorieën ze niet konden verklaren. Het onderzoek van het team ondersteunt het argument dat veel van het licht van deze objecten afkomstig is van zwarte gaten en niet van sterren. Minder sterren betekent kleinere, lichtere sterrenstelsels die door bestaande theorieën begrepen kunnen worden. “Dit is hoe je het universumdoorbrekende probleem oplost,” zei Anthony Taylor, een co-auteur van het onderzoek aan de Universiteit van Texas in Austin.
Vreemder en vreemder
Er staat nog steeds veel ter discussie, want LRD's lijken nog meer vragen op te roepen. Het is bijvoorbeeld nog steeds een open vraag waarom LRD's niet verschijnen bij lagere roodverschuivingen. Een mogelijk antwoord is “inside-out” groei: Als de stervorming in een melkwegstelsel zich uitbreidt naar buiten toe, wordt er minder gas afgezet door supernova's in de buurt van het zwarte gat, en wordt het minder verduisterd. In dit geval verliest het zwarte gat zijn cocon van gas, wordt het blauwer en minder rood en verliest het zijn LRD-status. Bovendien zijn LRD's niet helder in röntgenlicht, wat in contrast staat met de meeste zwarte gaten bij lagere roodverschuivingen. Astronomen weten echter dat bij bepaalde gasdichtheden röntgenfotonen gevangen kunnen raken, waardoor de röntgenstraling afneemt. Daarom zou deze kwaliteit van LRD's de theorie kunnen ondersteunen dat dit zwaar verduisterde zwarte gaten zijn.
Het team volgt meerdere benaderingen om de aard van LRD's te begrijpen, waaronder het onderzoeken van de midden-infrarode eigenschappen van hun monster en een brede zoektocht naar zwarte gaten die accreteren om te zien hoeveel er voldoen aan de LRD-criteria. Het verkrijgen van diepere spectroscopie en selecte vervolgwaarnemingen zal ook nuttig zijn voor het oplossen van deze momenteel “open zaak” over LRD's. “Er zijn altijd twee of meer potentiële manieren om de verwarrende eigenschappen van kleine rode stippen te verklaren,” zei Kocevski. “Het is een voortdurende uitwisseling tussen modellen en waarnemingen, het vinden van een balans tussen wat goed op elkaar aansluit en wat conflicteert.” Deze resultaten werden gepresenteerd tijdens een persconferentie op de 245e bijeenkomst van de American Astronomical Society in National Harbor, Maryland, en zijn geaccepteerd voor publicatie in The Astrophysical Journal.
Bron: NASA/JWST
