Het leken simpele rode vlekken.
Jarenlang staarden astronomen naar deze zwakke, compacte objecten – bijgenaamd ‘kleine rode stippen’ of LRD’s – en krabden zich op hun hoofd. Ze doken op in diepgaande onderzoeken, helder en raadselachtig, toen het heelal amper 10% van zijn huidige leeftijd had, en toen net zo mysterieus verdwenen was. Gegevens van de James Webb-ruimtetelescoop suggereren dat dit helemaal niet alleen maar rode stippen zijn. Het zijn complexe systemen. En ze hebben ‘kleine blauwe metgezellen’.
Deze nieuwe verklaring verandert de manier waarop we de geboorte van superzware zwarte gaten zouden kunnen begrijpen. Het werpt ook licht op hoe de eerste sterrenstelsels zo snel, zo groot en zo vroeg groeiden.
Het mysterie van de kleine rode stippen
Om de tijdlijn duidelijk te maken: LRD’s verschijnen in gegevens van toen het universum nog maar ongeveer 600 miljoen jaar oud was. Ze schijnen helder en verdwijnen ongeveer een miljard jaar later. Vóór JWST waren deze objecten moeilijk vast te pinnen. De infraroodgevoeligheid van de telescoop ving ze echter duidelijk op.
Maar wat zijn ze?
Traditionele modellen suggereerden dat het massieve sterrenhopen of actieve zwarte gaten waren die zich voeden met gas. Het probleem? De gegevens klopten niet helemaal. Het lichtspectrum was raar. Er was een helderrode optische gloed, een dip in het midden veroorzaakt doordat waterstof bepaalde golflengten absorbeerde, en vervolgens weer ultraviolet (UV) licht.
Eén enkel object mag die specifieke handtekening niet uitzenden. Tenzij er natuurlijk twee verschillende dingen verantwoordelijk waren.
De Blue Companion-theorie
Een nieuwe studie gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters stelt een radicale verschuiving voor. De ‘rode stip’ is niet het hele verhaal. Het wordt vaak gecombineerd met een heldere, UV-schijnende buurman.
Josephine Baggen, de eerste auteur van de studie en astronoom bij Yale, verwoordde het eenvoudig.
“Het meest verrassende aspect… is dat deze kleine rode punten niet alleen maar ‘rode stippen’ zijn, er is een complexere emissie in de buurt,” zei ze.
In een steekproef van 83 LRDS, afgebeeld door JWST, ontdekten onderzoekers dat 36 deze UV-metgezellen hosten. Onder de slimste LRD’s had ruim 80% een partner.
Deze metgezellen zijn niet alleen achtergrondgeluiden. Ze zijn enorm – variërend van honderden miljoenen tot miljarden keer de massa van onze zon. Het gaat waarschijnlijk om vroege, dichte sterrenhopen of kleine protostelsels.
Dus, hoe helpt een blauwe reus een rode stip te creëren?
Het instorten van de gaswolken
Normaal gesproken fragmenteren koude wolken van moleculair gas in het vroege heelal. Ze klonteren samen, bezwijken onder de zwaartekracht en lichten uiteindelijk op als sterren. Het is een rommelig, gefragmenteerd proces.
Maar de UV-straling van deze blauwe metgezellen verandert de regels.
Volgens het onderzoek overspoelt de intense UV-stroom van de begeleidende sterrenhoop de omringende gaswolken. Deze straling verwarmt het gas en stopt de gebruikelijke fragmentatie. In plaats van uiteen te vallen in vele kleinere sterren, blijft de massieve gaswolk intact.
Het blijft instorten.
Zonder het fragmentatiemechanisme dat de wolk vertraagt, wordt hij samengedrukt tot een ongelooflijk dicht, exotisch object. Denk aan een ‘zwart gat-ster’. Het slaat de supernova-explosie volledig over. Het stort direct in een zwart gat in, waarschijnlijk een enorm gat, ergens tussen de 100.000 en 1 miljoen zonsmassa’s.
Dit zijn de ontbrekende ‘zaden’.
De puzzel van het zwarte gat oplossen
Waarom doet dit er toe? Omdat we een gat hebben in onze kosmische geschiedenis. Slechts een paar honderd miljoen jaar na de oerknal zien we superzware zwarte gaten in quasars. Ze zijn te groot om in zo’n korte tijd uit standaard zwarte gaten met stellaire massa te zijn gegroeid.
Waar kwam de brandstof vandaan? Hoe zijn ze zo groot begonnen?
Dit LRD-mechanisme biedt een kandidaat. De zwarte gaten die door deze directe instortingen worden gevormd, zijn enorm. Als ze samensmelten met hun blauwe metgezellen (die misschien zelf sterrenstelsels samenvoegen), creëren ze de zware zaden die nodig zijn om uiteindelijk de superzware monsters te worden die we later in de kosmische geschiedenis zien.
Het suggereert dat het centrale zwarte gat in de Melkweg zijn leven misschien precies op deze manier is begonnen: ‘buiten de Melkweg’ geboren in een dichte gascocon en vervolgens naar binnen migreren.
Waarom het licht er zo uitziet
De JWST-gegevens passen perfect bij dit model. De “dip” in het spectrum? Dat is het waterstofgas dat de LRD omringt en licht absorbeert. Het rode optische licht? Dat komt van de LRD zelf (of de accretieschijf rond het pasgeboren zwarte gat). Het UV-licht? Dat is de begeleidende sterrenhoop die het tafereel vanaf de zijkant verlicht.
Het is niet één object. Het is een duo.
Er blijven nog vragen over
Worden alle LRD’s op deze manier geboren? De onderzoekers vermoeden dat de meeste dat wel zijn, maar de metgezellen zijn mogelijk te dichtbij om te scheiden in afbeeldingen met een lagere resolutie. Mogelijk zien we alleen degenen waarbij het paar verschillend is.
Sommige metgezellen bevinden zich mogelijk verder uit elkaar dan waar in de steekproef van dit onderzoek rekening mee werd gehouden, wat betekent dat toekomstige waarnemingen moeten uitzoomen en naar bredere velden moeten kijken in plaats van naar strakke clusters.
We weten niet zeker of elke LRD dit pad volgt. Er is nog steeds discussie over hoe deze objecten evolueren tot de sterrenstelsels en zwarte gaten die we vandaag de dag zien. Maar het verband wordt duidelijk.
Het universum was in zijn jeugd rommelig en gewelddadig. Het was niet alleen het vormen van sterren; het smeedde de zware ankers van sterrenstelsels door middel van intense, UV-badende botsingen. De kleine rode stippen waren helemaal geen stippen. Het waren de geboortekreten van reuzen, vergezeld van hun blauwgeboren moeders.
