De James Webb Space Telescope (JWST) heeft vijf uiterst compacte sterrenhopen vastgelegd die kort na het ontstaan van het universum bestonden. Deze ontdekking biedt wetenschappers mogelijk een antwoord op de vraag waar zogenaamde 'intermediate mass black holes' (IMBH's) worden gevormd. Deze objecten worden beschouwd als de cruciale ontbrekende schakel in de evolutie van zwarte gaten.
Binnen de astrofysica wordt gewerkt met het concept van het 'hierarchical black hole mergers framework'. Deze theorie stelt dat supermassieve zwarte gaten, zoals sommige supermassieve zwarte gaten, groeien door gedurende lange tijd kleinere zwarte gaten te absorberen en ermee te versmelten. Uiteindelijk kunnen deze objecten een massa bereiken die miljarden keren groter is dan die van onze zon.
De zoektocht naar de tussenliggende massa
In de huidige modellen bestaat er een aanzienlijk gat tussen de kleine zwarte gaten met een stellaire massa en de gigantische supermassieve varianten. De categorie die dit gat vult, zijn de IMBH's, met een massa die varieert van ongeveer 100 tot 100.000 zonsmassa's. Hoewel bewijzen voor hun bestaan schaars zijn, zijn er in het verleden aanwijzingen gevonden. Zo werd in 2024 een IMBH van circa 8.200 zonsmassa's vermoed in Omega Centauri, een sterrenhoop aan de rand van ons sterrenstelsel. Daarnaast leverden zwaartekrachtgolven in 2020 bewijs toen twee zwarte gaten versmolten tot een object van ongeveer 142 zonsmassa's.
Doorbraak via de James Webb-telescoop
De grote onduidelijkheid was tot nu toe waar deze tussenliggende zwarte gaten precies ontstaan. Volgens universetoday.com heeft de JWST nu vijf zeer dichte sterrenhopen gedetecteerd die door zwaartekrachtlenswerking zichtbaar werden. Deze systemen bestonden reeds ongeveer 460 miljoen jaar na de oerknal.
In een studie gepubliceerd in het vakblad Astronomy and Astrophysics beschrijft hoofdauteur Viola Bocchi van de Sapienza Universiteit van Rome deze vondsten. De telescoop bracht systemen met een hoge roodverschuiving in kaart, waaronder de "Firefly Sparkle" en de "Cosmic Gems"-boog. Deze structuren hebben een relatief kleine straal maar een enorme massa, variërend tussen de $10^5$ en $10^7$ zonsmassa's. Volgens de zijn deze specifieke omstandigheden — een extreme sterrendichtheid in het vroege universum — uitermate geschikt voor de vorming van IMBH's.
Kosmische zaden
Deze ontdekking is van groot belang omdat IMBH's waarschijnlijk fungeerden als de 'zaden' voor de supermassieve zwarte gaten die we vandaag de dag waarnemen. Waar normale stellaire zwarte gaten ontstaan uit het instorten van massieve sterren of de versmelting van neutronensterren, bieden deze compacte hopen een ander scenario. In deze omgevingen kunnen veel zwaardere zwarte gaten direct ontstaan of in een zeer hoog tempo groeien.
Door deze waarnemingen wordt een belangrijk gat in de kosmische tijdlijn opgevuld. Zoals , helpt dit wetenschappers om beter te begrijpen hoe het vroege universum transformeerde tot de complexe structuur van sterrenstelsels die we nu kennen. De identificatie van deze kraamkamers bevestigt dat de vroege kosmos de juiste ingrediënten bezat om de zwaarste objecten in het heelal te initiëren, een proces dat verder wordt toegelicht in de .