12 juli 2020

ESO-waarnemingen tonen het ontbijt van een zwart gat in het vroege heelal

Gashalo, waargenomen door MUSE, rond botsende sterrenstelsels die door ALMA zijn vastgelegd. Credit:
ESO/Farina et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Decarli et al.

Astronomen die gebruik maken van ESO’s Very Large Telescope hebben voorraden van koel gas waargenomen rond enkele van de vroegste sterrenstelsels in het heelal. Deze gashalo’s zijn het perfecte voedsel voor superzware zwarte gaten in het centrum van deze stelsels, die we nu waarnemen zoals ze er meer dan 12,5 miljard jaar geleden uitzagen. Deze voedselvoorraad kan verklaren waarom deze kosmische monsters zo snel konden groeien tijdens de periode die ook wel de kosmische dageraad wordt genoemd.

‘We kunnen nu voor het eerst aantonen dat de eerste sterrenstelsels genoeg voedsel in hun omgeving hebben om zowel de groei van superzware zwarte gaten als de snelle vorming van sterren gaande te houden’, zegt Emanuele Paolo Farina van het Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Duitsland, die leiding gaf aan het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in de Astrophysical Journal zijn gepresenteerd. ‘Dit voegt een belangrijk stukje toe aan de puzzel van de vorming van de kosmische structuren, die meer dan 12 miljard jaar geleden plaatsvond.’

Astronomen vragen zich al geruime tijd af hoe superzware zwarte gaten al zo vroeg in de geschiedenis van het heelal zo groot kunnen zijn geworden. ‘Het bestaan van deze vroege monsters, met enkele miljarden keren zoveel massa als onze zon, is een groot raadsel’, zegt Farina, die tevens verbonden is aan het Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching bei München. Het betekent dat de eerste zwarte gaten, die kunnen zijn ontstaan door de ineenstorting van de eerste sterren, heel snel zijn gegroeid. Maar tot nu toe hadden astronomen nog niet genoeg voedsel in de vorm van gas en stof opgespoord om deze snelle groei te kunnen verklaren.

Om de zaken nog ingewikkelder te maken zijn bij eerdere waarnemingen met ALMA, de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, grote hoeveelheden stof en gas in deze sterrenstelsels opgespoord die klaarblijkelijk voor de snelle vorming van sterren werden gebruikt. Deze ALMA-waarnemingen leken erop te wijzen dat er maar weinig overbleef om een zwart gat te voeden.

Om dit mysterie op te lossen hebben Farina en zijn collega’s het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope (VLT) in de Chileense Atacama-woestijn gebruikt om zogeheten quasars te onderzoeken – extreem heldere objecten die hun energie ontlenen aan superzware zwarte gaten die zich in de kernen van massarijke sterrenstelsels bevinden. Bij het onderzoek zijn 31 quasars bekeken die worden waargenomen zoals ze er meer dan 12,5 miljard jaar geleden uitzagen. Op dat moment bestond het jeugdige heelal nog maar ongeveer 870 miljoen jaar. Het betreft een van de grootste verkenningen van verre quasars die ooit zijn gedaan.

De astronomen ontdekten dat twaalf van deze quasars zijn omgeven door enorme voorraden gas: halo’s van koel, dicht waterstofgas die zich tot op 100.000 lichtjaar van de centrale zwarte gaten uitstrekken en miljarden malen zoveel massa hebben als de zon. Het team, bestaande uit onderzoekers uit Duitsland, de VS, Italië en Chili, hebben ook ontdekt dat deze gashalo’s nauw verbonden zijn met de sterrenstelsels, en dus de perfecte voedselbron zijn voor zowel de groei van superzware zwarte gaten als de vorming van grote aantallen nieuwe sterren.

Artistieke impressie van een verre quasar, omgeven door een gashalo. Credit: ESO/M. Kornmesser.

Het onderzoek was mogelijk dankzij de grote gevoeligheid van MUSE, de Multi Unit Spectroscopic Explorer van ESO’s VLT, die door Farina wordt omschreven als een baanbrekend instrument voor het quasaronderzoek. ‘In slechts enkele uren per object konden we in het omhulsel van enkele van de zwaarste en meest vraatzuchtige zwarte gaten in het jonge heelal duiken’, voegt hij daaraan toe. Quasars zelf zijn erg helder, maar de gasvoorraden om hen heen zijn veel moeilijker waarneembaar. Met MUSE is het echter gelukt om de zwakke gloed van het waterstofgas in de halo’s te detecteren, zodat astronomen nu eindelijk weten waar het materiaal vandaan komt dat de superzware zwarte gaten in het vroege heelal van energie voorziet.

In de toekomst zal ESO’s Extremely Large Telescope (ELT) nog meer details van sterrenstelsels en superzware zwarte gaten in de eerste paar miljard jaar na de oerknal onthullen. ‘Met de kracht van de ELT zullen we nog dieper het heelal in kunnen duiken en nog meer van zulke gasnevels ontdekken’, voorspelt Farina. Bron: ESO.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.