De James Webb Space Telescope (JWST) heeft astronomen voor een raadsel gesteld door een onverwacht hoog aantal zeer oude zwarte gaten te detecteren in het vroege universum. Deze waarnemingen passen niet binnen de huidige theoretische kaders, maar een groep theoretisch fysici heeft nu een nieuwe hypothese geformuleerd. Zij koppelen het ontstaan van deze objecten aan de interactie tussen donkere materie en de hitte van de kosmische achtergrondstraling.
De paradox van de 'kleine rode stippen'
De ruimtetelescoop van NASA heeft verschillende verre sterrenstelsels gespot die in de data verschijnen als zogenaamde "kleine rode stippen". Bij nadere analyse blijkt dat deze stelsels een opvallend grote hoeveelheid zeer oude zwarte gaten bevatten. Volgens Priyamvada Natarajan van de Yale University overstijgt het aantal gedetecteerde zwarte gaten wat theoretici in hun meest optimistische scenario's hadden voorspeld. Natarajan suggereert dat het vroege universum in die periode simpelweg "bezaaid" was met deze objecten, zoals beschreven in een artikel van newscientist.com.
Deze bevindingen vormen een aanzienlijke uitdaging voor de wetenschappelijke consensus over de verspreiding en het ontstaan van zwarte gaten tijdens de beginfase van het heelal.
Tekortkomingen van de primordiale theorie
Tot voor kort was een gangbare verklaring dat het hier ging om primordiale zwarte gaten. Volgens deze theorie zouden deze objecten zijn ontstaan door extreme, gewelddadige schommelingen in de ruimtetijd, nog voordat de eerste sterren waren gevormd.
Er is echter een fundamenteel probleem met deze aanname. De extreme processen die nodig zijn voor het ontstaan van primordiale zwarte gaten staan op gespannen voet met de veel mildere rimpelingen die astronomen waarnemen in de kosmische achtergrondstraling (CMB). De CMB is het overblijfsel van het licht uit het vroege universum. Om deze tegenstrijdigheid op te lossen, waren wetenschappers tot nu toe genoodzaakt om complexe en ongebruikelijke nieuwe natuurkundige wetten voor te stellen, wat volgens problematisch was.
Een alternatieve route: 'niet-quite-primordiaal'
Een onderzoeksteam bestaande uit Soubhik Kumar van Tufts University en het duo Wenzer Qin en Neal Weiner van de New York University heeft een alternatieve verklaring aangedragen. In plaats van gewelddadige spasmen in de ruimtetijd, baseren zij hun model op mildere rimpelingen van donkere materie die door het jonge universum bewogen.
De onderzoekers stellen dat massieve zwarte gaten zich konden vormen binnen clusters van deze donkere materie. Een bepalende factor in dit proces is de thermische energie van de kosmische achtergrondstraling. Deze hitte zou hebben voorkomen dat gas en stof inklapten tot kleinere objecten, waardoor enkel de vorming van grotere zwarte gaten mogelijk bleef.
De wetenschappers bestempelen deze objecten als "not-quite-primordial". Volgens de berichtgeving van biedt deze benadering een plausibele oplossing voor de waarnemingen van de JWST, zonder dat er extreme aanpassingen aan de fundamentele natuurkunde nodig zijn.
Door de interactie tussen donkere materie en de hitte van de CMB ontstaat er een mechanisme dat de aanwezigheid van massieve zwarte gaten in een zeer jong universum rechtvaardigt. Hiermee wordt de kloof tussen de theoretische modellen en de actuele data van de ruimtetelescoop mogelijk overbrugd, aldus de analyse van .