JWST toont zwarte gaten en sterrenstelsels die theorieën tarten

De James Webb-ruimtetelescoop heeft honderden raadselachtige 'kleine rode stippen' onthuld die ongeveer 650 miljoen jaar na de oerknal verschenen, wat het begrip van astronomen over het vroege universum op de proef stelt. De objecten, die nooit eerder zijn gezien voordat de telescoop in 2022 operationeel werd, behoren tot verschillende mysteries, waaronder zwarte gaten die onmogelijk groot lijken voor hun leeftijd en oude sterrenstelsels die gevestigde theorieën over kosmische evolutie tarten.

Astrofysicus Charlotte Mason van het Cosmic Dawn Center in Kopenhagen analyseerde het lichtspectrum van een van de kleine rode stippen. Als de objecten zwarte gaten zijn die gehuld zijn in dichte gaswolken, zou een deel van het licht veranderd moeten worden door het gas, maar de analyse van haar team toonde dit niet aan. Mason vermoedt nu dat het gas klonterig is, met gaten waardoor licht kan ontsnappen, wat beter overeenkomt met de waarnemingen.

Zwarte gaten die JWST in het vroege universum heeft waargenomen, hebben massa's tot een miljard keer die van de zon, wat een grote uitdaging vormt voor theoretici. 'Om ze zo snel zo groot te krijgen, moet je acrobatische toeren uithalen', zegt Jenny Greene, astrofysicus aan de Princeton University. Standaard stellaire ineenstorting zou zaadzwarte gaten opleveren van ongeveer 100 zonsmassa's, maar om snel een miljard zonsmassa's te bereiken is 'geforceerd voeden' nodig, boven de Eddington-limiet. Recente simulaties geven aan dat super-Eddington-accretie kan plaatsvinden als de accretieschijf opbolt, waardoor gas met buitengewone snelheden naar binnen kan stromen. In 2024 nam JWST een zwart gat waar van ongeveer 1,5 miljard jaar na de oerknal dat accreteerde met 40 keer de Eddington-limiet.

Een andere kleine rode stip, die dateert van ongeveer 750 miljoen jaar na de oerknal en gravitationeel wordt afgebeeld door een voorgrondcluster van sterrenstelsels, werd geïdentificeerd als een 'naakt' superzwaar zwart gat van ongeveer 50 miljoen zonsmassa's. Zonder waarneembare omringende sterren zou dit object kunnen zijn gevormd door directe ineenstorting van een gaswolk in plaats van uit een stellair zaadje.

Vroege sterrenstelsels zijn ook verrassend helder. Rachel Somerville, senior onderzoekswetenschapper bij het Flatiron Institute, presenteerde nieuwe simulaties op een bijeenkomst in Helsingør, Denemarken, in april 2026. Ze legde uit dat stervorming aanzienlijk toeneemt rond 420 miljoen jaar na de oerknal, en dat er rond 550 miljoen jaar een 'mooi sterrenstelsel' ontstaat. Het oudste sterrenstelsel dat JWST heeft gevonden, bestond slechts 280 miljoen jaar na de oerknal. Voorgestelde verklaringen voor de helderheid zijn onder meer efficiëntere stervorming, periodieke uitbarstingen of het ontstaan van extreem massieve sterren.

JWST's Mid-Infrared Instrument heeft onthuld dat vroege sterrenstelsels onverwacht divers zijn. Sommige lijken gas en stof te hebben opgeruimd en tonen alleen naakte sterren, terwijl andere gasrijk blijven. Een overvloed aan stikstof in bepaalde sterrenstelsels suggereert de aanwezigheid van veel zeer massieve sterren die explodeerden als supernova's en zo het element in de sterrenstelsels verspreidden.

Dergelijke waarnemingen houden verband met het tijdperk van reïonisatie, toen straling van de eerste sterrenstelsels en zwarte gaten neutraal waterstof ioniseerde en daarmee het kosmische donkere tijdperk beëindigde. De eerste sterren, waarvan men denkt dat ze honderden of duizenden keren massiever waren dan de zon, smeedden zware elementen en verspreidden die via supernova's. 'We kijken terug naar wat ons heeft geschapen', zegt Lise Christensen, astrofysicus bij het Cosmic Dawn Center.