Astronomen hebben een verklaring gevonden voor een opvallend fenomeen in het vroege universum: de aanwezigheid van supermassieve zwarte gaten die aanzienlijk zwaarder zijn dan theoretisch verwacht. Waarnemingen van de James Webb Space Telescope (JWST) toonden aan dat deze zwarte gaten een massa hebben die niet in verhouding staat tot de hoeveelheid sterren in hun omringende stelsels, een toestand die wetenschappers als 'overmassief' bestempelen.
De kern van deze ontdekking ligt in het concept van super-Eddington accretie. Normaal gesproken wordt de snelheid waarmee een zwart gat materie opneemt beperkt door de stralingsdruk, bekend als de Eddington-limiet. Echter, volgens een studie van Alessandro Trinca en collega's, gepubliceerd via arxiv.org, kunnen zwarte gaten deze limiet tijdelijk doorbreken. Door korte, herhaalde periodes van extreme massa-opname kunnen zowel lichte als zware 'zaden' van zwarte gaten in een razend tempo groeien.
Deze groeispurten worden waarschijnlijk veroorzaakt door grootschalige samensmeltingen van sterrenstelsels. De onderzoekers stellen dat deze fasen van versnelde groei relatief kortstondig zijn, met een duur die varieert tussen de 0,5 en 3 miljoen jaar. In de geanalyseerde steekproef resulteert dit in een zogenaamde 'duty cycle' van slechts 1 tot 4 procent. Deze bevindingen zijn verder uitgediept in een gedetailleerde analyse op researchgate.net, waar de nadruk ligt op de rol van deze episodische accretie als sleutel tot het begrijpen van de vroege kosmos.
Een cruciaal aspect van het onderzoek is de ontkoppeling tussen de groei van het zwarte gat en die van het gaststelsel. De data suggereren dat de gebruikelijke co-evolutie, waarbij het zwarte gat en het stelsel in balans groeien, pas echt begint bij een roodverschuiving van $z < 8$. Vóór dit punt groeide het zwarte gat simpelweg sneller dan de sterrenmassa om hem heen kon bijbenen. Pas wanneer ongeveer 30 procent van de uiteindelijke stellaire massa buiten de directe omgeving van het zwarte gat is gevormd, treedt er een synchronisatie op.
Om deze complexe processen in kaart te brengen, maakten de wetenschappers gebruik van de Cosmic Archaeology Tool (CAT). Deze semi-analytische methode stelt hen in staat om de evolutionaire geschiedenis van zwarte gaten over miljarden jaren te reconstrueren. Zoals beschreven op astrobites.org, helpt dit model ook om de waargenomen lichtkracht van actieve galactische kernen (AGN) te verklaren. Het model voorspelt bovendien dat een groot deel van deze overmassieve zwarte gaten momenteel inactief is, wat overeenkomt met recente observaties waarbij de Eddington-ratio lager is dan 0,05.
De resultaten van dit onderzoek, die ook zijn besproken via de co.uk, dwingen astronomen om traditionele groeimodellen te herzien. De combinatie van precisiedata van de JWST en geavanceerde simulaties bewijst dat de vroege geschiedenis van het universum veel dynamischer was dan voorheen werd aangenomen, waarbij zwarte gaten een voorsprong namen in de kosmische race om massa.