Superzware zwart gat UHZ1 in het vroege heelal lijkt ontstaan te zijn door een ‘directe ineenstorting’

Credit: A. Bogdan et al.

Met Webb’s NIRSpec instrument hebben ze door waarnemingen aan de spectraallijnen kunnen vaststellen dat het superzware zwarte gat UHZ1 een roodverschuiving heeft van z=10,3, dat wil zeggen dat het reeds bestond toen het heelal 450 miljoen jaar oud was, de tijd dat de eerste sterren in het heelal zich aan het vormen waren. UHZ1 had toen al een massa van minstens 40 miljoen zonsmassa (∼ tien keer zo groot als de massa van Sgr A*) en mogelijk zelfs van 70 miljoen zonsmassa. Grote vraag die de sterenkundigen bezighoudt: hoe konden die zwarte gaten in dat vroege heelal zó snel zo groot worden?

Credit: Natarajan, et al

Er zijn twee modellen die een verklaring bieden voor zo’n snelle groei. Het ene staat bekend als het ‘lichte zaadmodel’ en daarin begint alles met een dichte cluster van jonge, zware sterren, die in korte tijd hun brandstof verbranden en dan na een supernova-explosie instorten tot zwart gat, waarna al die zwarte gaten botsen en samensmelten tot één heel groot zwart gat. Het andere model heet het ‘zware zaadmodel’ en daarin is er in een jong sterrenstelsel een grote dichte wolk van gas en stof, die in één keer in elkaar klapt tot een zwart gat, die zo vanaf het begin al 100.000 zonsmassa zwaar kan zijn. Dat laatste model zou verklaren waarom we met Webb zoveel superzware zwarte gaten in jonge sterrenstelsels zien. Alleen lijkt het in strijd te zijn met de zogeheten Eddington Limiet, dat is de maximale lichtkracht die een gas in hydrostatisch evenwicht kan hebben. Als zo’n grote wolk in een jong stelsel inklapt stijgt de druk in de wolk en die kan verhinderen dat de wolk verder inkrimpt. Het duurt dan een poos voor de wolk verder inkrimpt als gevolg van de zwaartekracht.

The growth of the first massive black holes from #JWST/NIRSpec – spectroscopic confirmation of an X-ray luminous AGN at z=10.1

Until the launch of the JWST, the earliest black holes known were a handful of extremely UV-luminous z ≈ 7 quasars. 1/

https://t.co/4NvLZM0Afx pic.twitter.com/aI7JOKw1ek

— Erika  (@ExploreCosmos_) August 8, 2023

Onderzoek aan UHZ1 door Priyamvada Natarajan (Yale Universiteit) en zijn collega’s laat nu zien dat het zware zaadmodel van toepassing lijkt te zijn bij UHZ1, gelegen in wat zij noemen een ‘Outsize Black Hole Galaxy’.  Zo lijkt de door Webb gemeten Spectral Energy Distribution (SED) hetzelfde te zijn als wat simulaties met zware zaadmodellen laten zien. Meer informatie vind je in het vakartikel van Natarajan, P., et al. “First Detection of an Over-Massive Black Hole Galaxy: UHZ1 — Evidence for Heavy Black Hole Seeds From Direct Collapse?” arXiv preprint arXiv:2308.02654 (2023). Bron: Universe Today.

Gerelateerde Astroblogs:

Wat was er eerst: zwarte gaten of sterrenstelsels? Extreem rood superzwaar zwart gat ontdekt dat groeit ‘in de schaduw’ in het vroege heelal Webb ziet veel lichtzwakke rode stipjes: baby-quasars in het vroege heelal