Astronomen hebben voor het eerst sterlicht waargenomen van een sterrenstelsel in het vroege heelal dat een quasar (een actief superzwaar zwart gat) herbergt. Met behulp van de Webb-ruimtetelescoop hebben ze twee sterrenstelsels met quasar waargenomen en van zowel de sterrenstelsels als het zwarte gat dat de quasar aandrijft de massa kunnen bepalen (Nature).
Quasars behoren tot de helderste objecten in het heelal. Hun licht ontstaat doordat gas op een zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel valt dat miljoenen of zelfs miljarden keren meer massa heeft dan onze zon.
Omdat ze zo helder zijn, zijn quasars tot op enorme afstanden waarneembaar.
In de sterrenkunde houdt het waarnemen van verre objecten altijd in dat je ver terugkijkt in het verleden.
Het licht van de verste quasars doet er meer dan 13 miljard jaar over om ons te bereiken, wat betekent dat we die quasars zien zoals ze meer dan 13 miljard jaar geleden waren – zo’n honderd miljoen jaar na de hete oerknalfase van ons heelal.
Een team van astronomen, onder leiding van Masafusa Onoue, is er nu in geslaagd om de moederstelsels van quasars te bestuderen in een tijd dat het heelal minder dan tien procent van zijn huidige leeftijd had.
De superzware zwarte gaten die deze zeer verre quasars aandrijven hebben verrassend hoge massa’s – verrassend omdat er sinds de oerknal naar kosmische begrippen nog niet veel tijd was geweest om de miljarden zonsmassa’s aan materie te verzamelen die deze vroege quasars lijken te bevatten.
Er bestaan wel allerlei ideeën over, maar hoe die vroege superzware zwarte gaten zo snel konden groeien is nog niet helemaal duidelijk.
Hoewel een quasar relatief gemakkelijk waarneembaar is, is het omringende sterrenstelsel dat niet, omdat de quasar doorgaans meer dan vijf keer zo helder is als alle sterren van zijn moederstelsel bij elkaar.
Alleen met een ruimtetelescoop laten quasar en sterrenstelsel zich van elkaar scheiden, maar zelfs de Hubble-ruimtetelescoop is niet opgewassen tegen deze taak, vooral omdat het licht van verre sterrenstelsels sterk ‘roodverschoven’ is.
Daardoor is hun sterlicht in het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum terechtgekomen.
Dat is juist waar de Webb-ruimtetelescoop tot zijn recht komt: als infrarood-ruimtetelescoop op 1,5 miljoen kilometer van de aarde is hij uiterst geschikt voor het waarnemen van zeer verre quasars en hun moederstelsels.
In 2022 hebben Onoue en zijn team de quasars J2236+0032 en J2255+0251 bijna twee uur lang waargenomen met de nabij-infraroodcamera van Webb.
Het licht van deze quasars heeft er respectievelijk 12,9 en 12,8 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken, waardoor we ze zien zoals ze er respectievelijk 870 en 880 miljoen jaar na de oerknal uitzagen.
Afgaande op de hoeveelheid sterlicht ‘wegen’ de sterrenstelsels 130 en 30 miljard zonsmassa’s.
Ter vergelijking: de massa van ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, bedraagt ongeveer 60 miljard zonsmassa’s.
De astronomen hebben ook de nabij-infraroodspectrograaf van Webb gebruikt om het gecombineerde spectrum van de quasar en het moederstelsel te analyseren. Bepaalde spectrale kenmerken zijn direct gerelateerd aan de snelheid waarmee gas rond het zwarte gat draait, en op basis hiervan schatten de onderzoekers de massa’s van de zwarte gaten van de beide quasars op respectievelijk 1,4 miljard en 200 miljoen zonsmassa’s. (De massa van het zwarte gat in ons Melkwegstelsel bedraagt slechts ongeveer vier miljoen zonsmassa’s.) (EE)
(Image Credit: Ding, Onoue, Silverman et al.)
