25 februari 2024

Nu is duidelijk hoe de eerste quasars konden ontstaan: uit turbulente koude gasstromen

Credit: University of Portsmouth

De allereerste quasar werd ontdekt in 1964. Maar het is pas sinds twee decennia dat duidelijk is dat quasars al in de eerste miljard jaar van het heelal voorkwamen. Zoals we nu weten zijn alle quasars feitelijk sterrenstelsels met een Active Galactic Nuclei (AGN), een kern waarin zich een zeer actief superzwaar zwart gat bevindt, een zwart gat dat materie aantrekt en daardoor een actieve accretieschijf heeft. Er zijn inmiddels al 200 van die quasars ontdekt die er al waren in dat vroege heelal, dat nog maar 5% van z’n huidige leeftijd had, en de grote vraag die de sterrenkundigen bezig houdt is hoe ze zo snel aan zo’n superzwaar zwart gat zijn gekomen, zwarte gaten die toen al miljoenen of zelfs een miljard keer zo zwaar als de zon konden zijn. Zwarte gaten kunnen groeien door het aantrekken van materie vanuit de omgeving of door te botsen en fuseren met andere zwarte gaten, maar dat is een proces dat langzaam gaat en dat niet binnen een miljard jaar kan leiden tot zulke zware zwarte gaten. Met andere bijzondere omstandigheden lukt het ook wel, zoals een achtergrond van zeer sterke ultraviolette straling of supersonische stromingen, maar waarom die omstandigheden dan optraden valt moeilijk te verklaren.

Beeld van het zogeheten  GOODS-N deep field. Het rode stipje rechts is quasar GNZ7Q, die al 730 miljoen jaar na de oerknal bestond. NASA, ESA, G. Illingworth (UCSC), P. Oesch (UCSC, Yale), R. Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen, Denmark

Een team van sterrenkundigen onder leiding van Daniel Whalen (University of Portsmouth) heeft nu ontdekt hoe het toch mogelijk is geweest dat al 700 miljoen jaar na de oerknal zulke quasars met superzware zwarte gaten konden ontstaan (een voorbeeld van zo’n quasar zie je op de foto hierboven). Wat zij hebben gedaan is het simuleren van dat vroege heelal op de PC aan de hand van modellen. Die simulaties (zie de video hieronder) laten zien dat er zogeheten ‘zaad zwarte gaten’ kunnen zijn gevormd als gevolg van turbulente koude gasstromen in het vroege heelal. Deze turbulentie als gevolg van de koude gasstromen zorgt erdoor dat stervorming wordt verhinderd totdat een kritische massa is bereikt, een massa die zeer hoog ligt. Basis van die koude gasstromen was het kosmische web van materie, waarvan de donkere materie het onzichtbare skelet vormt, een soort van ‘proto-web’ dat toen al in het vroege heelal bestond. Het is op de knooppunten van dat web dat verschillende koude gasstromen elkaar ontmoeten en er dan turbulenties kunnen ontstaan (zie de impressie hieronder).

Impressie van het kosmische web. Credit: Andrew Pontzen and Fabio Governato / Wikimedia Commons (CC BY 2.0)

Dankzij die turbulenties konden er zeer zware sterren vormen die elk massa’s hadden tussen 30.000 en 40.000 (!) zonsmassa, nóg zwaarder dan de hypothetische Populatie III sterren, die tot 1000 zonsmassa gaan. Deze gigasterren hadden een kort, maar heftig leven, al na een kwart miljoen jaar implodeerden ze tot zwart gat, zelfs zonder eerst kaboem te gaan als supernova. En zo onstonden de eerste zaden van de superzware zwarte gaten, die zich binnen honderd miljoen jaar konden vormen.

Hier de twee vakartikelen over het onderzoek aan de allereerste quasars:

Hieronder een podcast van dr. Daniel Whalen over het onderzoek van hem en zijn team aan het ontstaan van de eerste quasars.

Bron: Universiteit van Porthsmouth + Starts with a Bang.

Share

Speak Your Mind

*