NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)
Met een blik diep in de kinderschoenen van het heelal heeft de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht onlangs de ontdekking van de helderste en snelst groeiende quasar bevestigd. Quasars zijn lichtgevende objecten aan de nachtelijke hemel die worden aangedreven door gas dat in een groot zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel valt.
De ontdekking van dit recordbrekende object was fascinerend genoeg. Maar een ander cruciaal aspect van de aankondiging is dat het grote vragen oproept over de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal. Het blijft met name raadselachtig hoe deze quasar, die minder dan twee miljard jaar na de oerknal bestond, zo snel zo groot kon worden. Het onderzoeken van dit raadsel zou zelfs kunnen leiden tot een heroverweging van hoe sterrenstelsels zijn ontstaan.
Zwarte gaten, de dichtste objecten in het heelal, krijgen deze naam omdat hun zwaartekracht zo ongelooflijk sterk is dat zelfs licht niet aan hun greep kan ontsnappen. Hoe kan een zwart gat dan de oorsprong zijn van zo’n intense lichtbron?
Welnu, in sommige sterrenstelsels, waar het zwarte gat groot genoeg is, wordt materie in een razend tempo naar binnen gezogen. Terwijl de materie naar binnen spiraliseert, resulteren gewelddadige botsingen tussen gassen, stof en sterren in de uitstoot van enorme hoeveelheden lichtenergie. Hoe groter het zwarte gat, hoe heviger de botsingen en hoe meer licht er wordt uitgezonden.
De quasar die het onderwerp was van het laatste onderzoek, bekend als J0529-4351, heeft een massa gelijk aan 17 miljard zonnen en is ongelooflijk groot. Er is een spiraalvormige schijf van materie met een breedte van zeven lichtjaar in het centrum van het sterrenstelsel en het zwarte gat groeit door deze materie op te hopen. De breedte van de schijf is vergelijkbaar met de afstand tussen de aarde en het dichtstbijzijnde sterrenstelsel, Alpha Centauri.
Verborgen in het volle zicht
Het zwarte gat groeit snel door een recordhoeveelheid massa op te slokken, gelijk aan één zon per dag. Bij deze intense aanwas van materie komt een hoeveelheid stralingsenergie vrij die gelijk staat aan een quadriljoen (duizend biljoen) zonnen.
Dit roept de vraag op waarom een object dat zo helder is nog maar net is geïdentificeerd aan de nachtelijke hemel, ondanks tientallen jaren aan astronomische waarnemingen. Het blijkt dat deze stiekeme quasar zich in het volle zicht had verstopt.
Ondanks zijn verbazingwekkende helderheid is J0529-4351 erg ver weg, wat betekent dat hij naadloos opgaat in een zee van zwakkere sterren die veel dichter bij de aarde staan. Deze quasar staat zelfs zo ver weg dat het licht dat hij uitzendt er maar liefst 12 miljard jaar over doet om ons hier op aarde te bereiken.
De leeftijd van het heelal is ongeveer 13,7 miljard jaar. Deze quasar bestond dus slechts 1,7 miljard jaar na de oerknal, aan het begin van het heelal.
Door de uitdijing van het heelal na de oerknal kunnen we de afstand tot, en dus de leeftijd van, deze quasar meten. Een al lang bekende eenvoudige formule, de wet van Hubble, stelt dat als we de snelheid kennen waarmee een object zich van ons verwijdert, we kunnen berekenen hoe ver weg het is.
Het object is bevestigd met behulp van de Very Large Telescope faciliteit in Chili.
Framalicious / Shutterstock
De botsingen die plaatsvinden wanneer materie in het zwarte gat van deze quasar spiraliseert, brengen het tot verzengende temperaturen van 10.000 °C. Onder deze omstandigheden zenden de atomen in het systeem een karakteristiek lichtspectrum uit. Onder deze omstandigheden zenden de atomen in het systeem een karakteristiek lichtspectrum uit.
Deze discrete frequenties van licht vormen een soort streepjescode die astronomen kunnen gebruiken om de elementaire samenstelling van objecten aan de nachtelijke hemel te identificeren. Als een object dat licht uitzendt zich van ons vandaan beweegt, ondergaat de frequentie van dat waargenomen licht een verschuiving, net zoals de geluidsfrequentie van een ambulancesirene verschuift, afhankelijk van of hij naar je toe of van je af rijdt.
Deze verschuiving in astronomische objecten staat bekend als roodverschuiving. Dit, samen met de Wet van Hubble, heeft het mogelijk gemaakt om zowel de leeftijd als de afstand (beide eigenschappen zijn met elkaar verbonden in de kosmologie) van J0529-4351 te bevestigen.
Dit heldere baken uit het vroege heelal heeft een belangrijke vraag opgeroepen die astronomen verbijstert: hoe kon dit zwarte gat in zo’n relatief korte tijd zo snel uitgroeien tot zo’n massief object? Volgens algemeen aanvaarde modellen van het vroege heelal zou het langer hebben moeten duren voordat het zo groot was.
Sterker nog, door de kunstmatige intelligentie (AI)-modellen die worden gebruikt om telescoopgegevens te scannen op deze ongewone objecten af te stemmen, zouden er de komende jaren nog meer gevonden kunnen worden. Als ze op J0529-4351 lijken, moeten natuurkundigen hun modellen van het vroege heelal en de vorming van sterrenstelsels grondig herzien.
Het snelst groeiende zwarte gat dat ooit is waargenomen zal het perfecte doelwit zijn voor een systeem met de naam Gravity+, een aankomende upgrade van een instrument op de Very Large Telescope dat een interferometer wordt genoemd. Deze interferometer is een ingenieuze manier om gegevens te combineren van de vier afzonderlijke telescopen waaruit de VLT bestaat.
Gravity+ is ontworpen om de rotatiesnelheid en massa van zwarte gaten nauwkeurig en direct te meten, vooral die gaten die ver van de aarde af liggen.
Verder is de Extremely Large Telescope van de European Southern Observatory, een spiegeltelescoop met een diameter van 39 meter, momenteel in aanbouw in de Chileense Atacama-woestijn. Deze is ontworpen voor het detecteren van de optische en nabij-infrarode golflengten die kenmerkend zijn voor verre quasars en zal het identificeren en karakteriseren van dergelijke ongrijpbare objecten in de toekomst nog waarschijnlijker maken.
Robin Smith werkt niet voor, voert geen advies uit over, bezit geen aandelen in en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel en heeft geen relevante banden bekendgemaakt buiten zijn academische aanstelling.
