De aard van mysterieuze ‘Little Red Dots’ is bekend: het zijn zwarte gaten in een groeispurt

Wat zijn toch die kleine rode puntjes die ruimtetelescoop James Webb in 2024 ontdekte? Al bijna twee jaar houdt die vraag sterrenkundigen bezig. Te midden van de indrukwekkende kosmische schouwspelen die de telescoop in beeld bracht zijn lichtzwakke rode spikkels te onderscheiden, waarvan de aard tot voor kort een raadsel was. Nu schrijven Deense onderzoekers in Nature dat ze het mysterie van de zogenaamde Little Red Dots (LRDs) ontrafeld hebben: het zijn zwarte gaten – even zwaar als de joekel in het centrum van de Melkweg – omhuld door roodgloeiende cocons.

De piepkleine rode stipjes zijn zelfs met een topklassetelescoop als Webb moeilijk te onderscheiden van ruis. Het licht heeft namelijk een behoorlijke reis achter de rug: zo’n twaalf tot dertien miljard jaar. LRDs zijn daarmee objecten die aan het begin van het universum zijn ontstaan. Zo’n blik terug in de tijd is van groot belang in de sterrenkunde: wie het universum van nu wil begrijpen, moet weten wat eraan vooraf ging.

Sinds de ontdekking van de LRDs lopen de theorieën over hun aard uiteen. Loodzware sterrenstelsels uit het vroege universum waren tot nu toe de meest geschikte kandidaten. Die zouden de kenmerkende gloed en bepaalde eigenschappen van het rode licht verklaren. Maar die theorie heeft een zwakke plek, zegt tweede auteur van de nieuwe studie Darach Watson (Universiteit van Kopenhagen) over de telefoon. „Zware sterrenstelsels ontstaan te langzaam. In de periode dat we LRDs waarnemen was het universum simpelweg nog niet oud genoeg om ze te vormen.”

Watsons onderzoeksgroep heeft nu een verklaring gevonden die wél past binnen huidige theorieën. LRDs als verhulde zwarte gaten: kosmische alleseters ingekapseld in een cocon van waterstofgas. Het zwarte gat doet zich tegoed aan de binnenste gaslaag, waarbij door wrijving flink veel warmte vrijkomt. De buitenste gaslagen vangen die warmte op, en gloeien vervolgens na in een karakteristiek rood licht.

Allesbepalende piekjes

„Een heel interessant en belangrijk resultaat,” vertelt Huub Rottgering, hoogleraar Sterrenkunde aan de universiteit Leiden. „Als sterrenkundigen hadden we een groot probleem door deze objecten: we konden hun bestaan niet verklaren. Dankzij het werk van de Deense onderzoekers klopt alles weer netjes met onze verwachtingen.”

De Denen hebben uitvoerig gekeken naar spectra van LRDs: een soort ‘vingerafdrukken’ van licht. Aan de hand van piekjes in zo’n spectrum kunnen astronomen onder andere de snelheid van gas in het object bepalen. Voor zo’n piekje geldt: hoe breder, hoe sneller het gas bewoog toen het licht werd uitgezonden. Met de snelheid van het gas is weer de massa van het object te bepalen.

De breedte van die piekjes is dus allesbepalend voor het begrip van LRDs. Maar: de piekjes zijn zó breed, dat sterrenkundigen tot nu toe dachten dat het gas razendsnel bewogen moet hebben. Watson legt uit: „Als je heel naïef die verbreding doorrekent, krijg je ontzettend zware zwarte gaten. Miljarden keren zo zwaar als de zon. En dat is een groot probleem: in het jonge universum hadden die helemaal nog niet kunnen bestaan.”

Zware sterrenstelsels

Watsons groep ontdekte dat er meer aan de hand is: in LRDs vindt nóg een proces plaats waarbij piekjes verbreed worden. Vóór het rode licht de kosmos in reist, stuitert het op elektronen in de LRD-gaslaag. Dankzij deze vondst lukte het de onderzoekers het effect van snelheidsverbreding te isoleren en zo de ware snelheid binnen LRDs te bepalen. „Als we voor dat proces van stuiteren corrigeren, komen de massa’s precies uit met wat we verwachten,” vertelt Watson. „We hoeven onze theorieën niet weg te gooien!”

Volgens Watson zijn deze zwart-gat-cocons een voorstadium van de loodzware zwarte gaten die zich in de kernen van zware sterrenstelsels bevinden. „We zoeken al lang naar een proces wat verklaart hoe zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels zó snel zó zwaar kunnen worden. Via een dikke gaslaag, stellen we nu voor, kunnen ze vliegensvlug heel veel massa opslokken. We hebben jonge zwarte gaten als het ware tijdens hun groeispurt waargenomen.”