Site pictogram Astroblogs

Hoe quasars ons meer vertellen over donkere materie en reïonisatie

Impressie van een superzwaar zwart gat met een accretieschijf in het centrum van een quasar. Credit: Carnegie Institution for Science

Quasars zijn de actieve centra van een sterrenstelsels (‘active galactic nucleus’ of AGN) met een zeer hoge helderheid, meestal zeer ver verwijderd van de aarde. In 1963 werden ze voor het eerst geïdentifceerd door Maarten Schmidt, een Nederlandse astronoom die in de Verenigde Staten werkte. Die hoge helderheid wordt veroorzaakt een superzwaar zwart gat in het centrum van het sterrenstelsel, waarvan de omringende schijf met materie hoogenergetische straling uitzendt wanneer deze naar het zwarte gat wordt getrokken. Die straling vangen we weer op aarde op en omdat de straling vaak een weg van meer dan tien miljard lichtjaar heeft afgelegd kunnen quasars gebruikt worden als manier om meer te weten te komen over het vroege heelal en alles wat er sindsdien gebeurd is. Recentelijk zijn daar twee voorbeelden van te zien geweest:

  • Ten eerste hebben ze door studie van licht afkomstig van quasars de mate van ‘mistheid’ (Engels: fogginess) gemeten, de variatie aan verschillende dichtheden in het vroege heelal. Dat licht kunnen ze met spectrografen opmeten, instrumenten die de spectra van quasars nauwkeurig in beeld kunnen brengen (zie de afbeelding hieronder).

    Credit: Girish Kulkarni (Tata Institute of Fundamental Research)

    Sterrenkundigen onder leiding van Girish Kulkarni (University of Cambridge) keken daarbij in het bijzonder naar de zogeheten ‘Lyman-alpha Forests’ in die spectra, een serie lijnen van geïoniseerd waterstof. Het resultaat was dat bleek dat er in het vroege heelal grote verschillen in dichtheden voorkwamen – men verwachtte een variatie met een factor 2 en dat bleek een factor 500 te zijn! De oorzaak hiervan kwam door grote gebieden met koud waterstof, die zo’n miljard jaar na de oerknal voorkwamen. Door de studie vonden de onderzoekers dat er pas 1,1 miljard jaar na de oerknal een einde kwam aan de fase van reïonisatie, de fase toen door de felle UV-straling van de straling van de allereerste sterren in het heelal het neutrale waterstofgas ioniseerde, d.w.z. dat de elektronen loskoppelden van de atoomkernen. Die 1,1 miljard is later dan wat men eerst dacht. De Epic of Reionisation (EoR) betekende een einde aan de zogeheten donkere eeuwen van het heelal, toen er géén sterren en sterrenstelsels waren (zie de afbeelding hieronder).

    Credit: Girish Kulkarni (Tata Institute of Fundamental Research)

    Hier het vakartikel van de groep van Kulkarni over de waarnemingen aan de quasars, verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: KICC + Astrobites.

  • Ten tweede hebben sterrenkundigen ontdekt dat er een verband is tussen quasars en donkere materie. Een team van sterrenkundigen onder leiding van James Geach (University of Hertfordshire) combineerde waarnemingen die gedaan zijn met de Planck satelliet aan de kosmische microgolf-achtergrondstraling (CMB), het restant van de hete straling afkomstig van de hete oerknal, én waarnemingen aan quasars. Volgens het gangbare Lambda-CDM heelalmodel ontstaan sterrenstelsels op de knooppunten van het zogeheten kosmische web, dat voornamelijk uit de onzichtbare donkere materie bestaat. In die CMB heeft men met Planck zogeheten zwaartekrachtslens-effecten ontdekt, verbuigingen van het licht door die gebieden met hogere dichtheden, waar later sterrenstelsels uit zijn ontstaan. Wat blijkt: de groep van Geach heeft een verband ontdekt tussen de helderheid van een quasar en de massa van de bijbehorende halo van donkere materie. Hoe helderder de quasar, des te meer massa is aanwezig in diens omhullende halo van donkere materie.

    Credit: SDSS/Geach et al

    Een echte verrassing is deze relatie overigens niet, want die relatie tussen de helderheid van quasars en de dichtheid van de donkere materie in de halo van sterrenstelsels was al theotretisch voorspeld. Voor dit onderzoek maakte de groep gebruik van de gegevens van 200.000 quasars, verzameld in de Data Release 14 (DR14) van de Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Hier het vakartikel van Geach et al over het onderzoek aan de relatie tussen quasars en donkere materie. Bron: ESA.

Mobiele versie afsluiten