Een internationaal team onder leiding van de Leidse sterrenkundige Paul van der Werf heeft ontdekt dat zich rond een zwart gat in het jonge heelal een ondoorzichtige schijf van gas en stof bevindt waarin in hoog tempo jonge sterren ontstaan. Het team deed de onverwachte ontdekking bij een succesvolle zoektocht naar water in het vroege heelal. Tot verbazing van de onderzoekers blijkt de waargenomen waterdamp rond het zwarte gat zich te bevinden in een schijf met een dichtheid die zo hoog is dat straling er nauwelijks uit kan ontsnappen.
Het team deed de ontdekking met de gevoelige radiotelescopen van IRAM (Institut de Radioastronomie Millimétrique) op het Plateau de Bure in de Franse Alpen. Deze telescopen werden gebruikt om waterdamp te zoeken in een quasar, een sterrenstelsel in het vroege heelal dat zijn helderheid ontleent aan de groei van een zwart gat dat honderden miljoenen malen zwaarder is dan de zon. Teamleider Paul van der Werf legt uit: “Water in kosmische wolken is normaal bevroren tot ijs, maar dit ijs kan verdampen door de sterke straling van de quasar of van jonge sterren. Daarom besloten wij in dit object te zoeken naar waterdamp. Doordat de quasar zo ver weg staat kijken we terug in de tijd, naar een periode dat het heelal nog maar 10% van zijn huidige leeftijd had bereikt.”
De grote verrassing was echter niet de gevonden hoeveelheid waterdamp (1000 biljoen maal de hoeveelheid water op aarde) maar de ontdekking van een ondoorzichtige schijf waarin de waterdamp zich bevindt en waarin in hoog tempo jonge sterren ontstaan. De dichtheid van die schijf is zo hoog dat straling er bijna niet uit kan ontsnappen. Teamlid Marco Spaans (Groningen) licht toe: “Watermoleculen zijn gevoelig voor infraroodstraling, en we konden de gevonden waterdamp dus gebruiken als een kosmische infrarood lichtmeter. Op deze manier vonden we dat nagenoeg alle straling in de gasschijf rond het zwarte gat is opgesloten. De opgesloten straling is zelfs zo intens dat de aanwezige gas- en stofwolken er door kunnen worden weggeblazen.”
Deze conclusie werpt een verrassend nieuw licht op het verband tussen zwarte gaten en de sterrenstelsels waarin ze zich bevinden. Teamlid Alicia Berciano Alba (ASTRON): “Er bestaat een raadselachtig verband tussen de massa van zwarte gaten in kernen van sterrenstelsels en de sterrenstelsels zelf, alsof de vorming van beide door hetzelfde proces wordt gereguleerd. Onze resultaten laten zien dat dit soort gasschijven, waarbij het gas door straling wordt weggeblazen, hierbij waarschijnlijk een hoofdrol spelen.” IRAM-directeur Pierre Cox, coauteur van het artikel, voegt toe: "Deze ontdekking biedt nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van sterrenstelsels in het vroege heelal, met behulp van watermoleculen waarmee de directe omgeving van het zwarte gat bestudeerd kan worden, wat met andere middelen veel moeilijker is".
Het team zoekt nu naar waterdamp in andere objecten in het vroege heelal. Een publicatie over het onderzoek verschijnt binnenkort in Astrophysical Journal Letters.
Waterdamp verraadt hoe sterren ontstaan rond zwart gat in vroege heelal
