De ontdekkingen van de James Webb Space Telescope (JWST) hebben astronomen voor een complex raadsel gesteld. De telescoop bracht in het vroege universum, minder dan een miljard jaar na de oerknal, een onverwacht groot aantal sterrenstelsels in beeld die al over de basis voor supermassieve zwarte gaten beschikten. Deze waarnemingen stroken niet met de traditionele modellen, waarin zwarte gaten zeer traag groeien door het instorten van sterren en een langdurig proces van samensmeltingen.
Om deze snelheid te verklaren, richten wetenschappers zich op het scenario van de 'directe collaps'. In plaats van te ontstaan uit individuele sterren, suggereert dit model dat gigantische wolken van koud gas in het centrum van vroege stelsels direct kunnen instorten tot een massief zwart gat. Dit proces zou de groei van deze objecten drastisch versnellen. Volgens een analyse van universetoday.com heeft een internationaal team van astronomen onderzocht welke specifieke omgevingsfactoren dit proces mogelijk maken.
Een cruciaal onderdeel van dit onderzoek is de rol van donkere materie en zogenaamde 'cosmische overdensiteiten'. Dit zijn gebieden in de ruimte waar een extreem hoge concentratie aan stof, gas en sterren aanwezig is. Het onderzoeksteam maakte gebruik van het Lambda Cold Dark Matter ($\Lambda$CDM) model, waarbij wordt aangenomen dat halo's van donkere materie ontstaan door het samensmelten van kleinere structuren. Zoals beschreven door , combineerde het team simulaties van deze fusies met modellen over de gezamenlijke evolutie van sterrenstelsels en zwarte gaten.
Onder leiding van Alessandro Trinca van de Universiteit van Edinburgh konden de onderzoekers analyseren hoe deze fusies van donkere materie en gebieden met een hoge dichtheid de ideale omstandigheden scheppen voor de vorming van de 'zaden' van supermassieve zwarte gaten. De resultaten van deze studie zijn officieel gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), zoals vermeld in de berichtgeving van .
Het project was het resultaat van een brede internationale samenwerking. Naast de University of Edinburgh waren experts betrokken van diverse instituten, waaronder het Como Lake Center for Astrophysics, het INAF Osservatorio Astronomico di Roma en het INAF Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio di Bologna. Ook het Institute of Science and Technology Austria (ISTA), het Institut d’Astrophysique en de Sapienza School for Advanced Studies droegen bij aan de complexe analyses.
Deze studie helpt de wetenschappelijke gemeenschap om de kloof te dichten tussen theoretische modellen en de feitelijke waarnemingen van de JWST. Een specifiek voorbeeld hiervan zijn de 'Little Red Dots', extreem compacte objecten die door de telescoop zijn gedetecteerd. Door de omgeving van de eerste zwarte gaten nauwkeuriger in kaart te brengen, komen onderzoekers dichter bij een verklaring voor hoe het vroege universum in korte tijd zulke enorme massa's kon concentreren, een proces dat verder wordt uitgediept in de rapportage van .