Massiva svarta hål är bland de mest gåtfulla objekten i det kända universumet. De finns i centrum av de flesta galaxer och påverkar många aspekter av galaxernas utveckling. Flera scenarier kan förklara hur supermassiva svarta hål kan ha bildats, men anmärkningsvärt nog har vi väldigt lite kunskap om hur processen faktiskt skedde. Detta begränsar kraftigt vår teoretiska förståelse av galaxernas utveckling och särskilt det tidiga universumet.

Massiva svarta hål kan ha bildats när mycket massiva stjärnor kollapsade när universum var väldigt ung. Ett annat populärt scenario är att de bildas i tät kluster av stjärnor, vilket kan hända även idag, i det moderna universumet. Därför kommer antalet svarta hål som existerar vid en specifik tidpunkt i historien att variera mycket beroende på bildningsmetoden. För att kunna skilja mellan dessa scenarier måste vi mäta hur många svarta hål som fanns tidigt i universum. Vid den tiden måste svarta hål ha genomgått snabba tillväxtperioder (genom att svälja material från omgivande gas), men det var också då som universum genomgick sin sista stora fasövergång: Återjoniserings-epoken. Vi vet inte för närvarande om detta är en tillfällighet, eller om de lysande ‘aktiva galaxerna’, som är förknippade med massiva svarta hål, kan ha bidragit betydligt till återjoniseringen. Svarta hålens bildning, tillsammans med framstegen inom kosmisk återjonisering, är två av de mest väletablerade och centrala frågorna inom astrofysiken.

I det här projektet kommer vi att besvara de två grundläggande frågor. Vi kommer att genomföra två nya, unika och kreativa undersökningar av galaxer i det tidiga universumet och bedöma deras aktivitetsnivåer på grund av svarta hål. Projektet kommer att kombinera kraften hos våra främsta rymdobservatorier, HST och JWST, med hjälp av nya data från stora tilldelningar av ‘General Observer’-tid till projektets huvudutredare. Vi kommer att identifiera svaga galaxer som har svarta hål genom (1.) fenomenet av tidsvariabilitet och (2.) genom att identifiera den heta gasen som bara kan genereras av svart hål-aktivitet. Projektet kommer att göra den mest robusta uppskattningen av antalet massiva svarta hål i det tidiga universumet. Som ett resultat kommer vi att få starka nya insikter i de scenarier genom vilka svart hål kan ha bildats. Genom att använda ytterligare HST-bilddata från senare tider i universumet kommer vi också att bestämma bidraget från massiva svarta hål till kosmisk återjoniseringprocessen.

För att bygga detta projekt har vi varit tvungna att utforma en ny observationsstrategi med JWST, som går utöver de ursprungligen planerade observationslägena för teleskopet. Vi utvecklar detta under JWST Cycle 2, med målet att bidra med ett nytt officiellt observationsläge för observatoriet. Flera ytterligare tillämpningar kan föreställas, vilket bör ge betydande synlighet både för projektet och för det involverade personalen.