Quasar HSC J2236+003. Credit: Ding, Onoue, Silverman et al.
Sterrenkundigen zijn er voor het eerst in geslaagd om sterlicht op te vangen van twee quasars in het vroege heelal, actieve superzware zwarte gaten in sterrenstelsels die minder dan een miuljard jaar na de oerknal al bestonden. En dat deden ze – niet verrassend – met de Webb ruimtetelescoop. Met het NIRCam instrument van Webb waren Masafusa Onoue (Max Planck Institute for Astronomy) en z’n team in staat om van twee quasars zowel de massa te bepalen van het sterrenstelsel als van het zwarte gat in de kern daarvan. Normaal gesproken zijn de kernen van quasars ‘active galactic nuclei’ (AGN), waar een superzwaar zwart gat door de toevoer van veel materie heel actief wordt en straling uitzend naar alle kanten en deeltjes in twee straalstromen in tegengestelde richting. Het omringende sterrenstelsel wordt dan geheel overstraald – de quasar is meestal zo’n vijf keer helderder dan het omringende sterrenstelsel. Bij relatief nabije quasars was men er al in geslaagd om beiden te scheiden, de AGN en het omringende sterrenstelsel. Maar bij quasars in het vroege heelal was dat tot nu toe niet gelukt, zelfs niet met Hubble. Tot een afstand van tien iljard lichtjaar was Hubble in staat om het licht van beide componenten te scheiden, maar voor quasars verder weg ging dat niet, omdat het licht van die quasars door de uitdijing van het heelal verschoven is naar het infrarode deel van het spectrum en Hubble daar niet voor geschikt is. Enter JWST/Webb, want die kan dat uitstekend. En zo kon men in oktober 2022 twee quasars waarnemen met Webb, J2236+0032 en J2255+0251, en waren Onoue en z’n team in staat om bij deze twee het onderscheid te maken tussen de quasar in het midden en het sterlicht van het omringende sterrenstelsel. Het licht van quasar J2236+0032 heeft er maar liefst 12,9 miuljard jaar over gedaan om de aarde te bereiken en dat van J2255+0251 12,8 miljard jaar, ergo we ze zien zoals ze er respectievelijk 870 en 880 miljoen jaar na de oerknal uitzagen.
#JWST detected light from J2236+0032 & J2255+0251, the most ancient quasars known to humanity.
👉 https://t.co/SMPU9GhuPE pic.twitter.com/dDMBAo4i2B
— Erika (@ExploreCosmos_) June 29, 2023
Met Webb’s NIRSpec instrument, da’s een spectrograaf, kon men spectra maken van het licht van de componenten. Daarin zag men brede lijnen, afkomstig van het gas vlakbij het zwarte gat. Op basis hiervan kon men een schatting maken van de massa van de zwarte gaten in de quasars, de ene is 1,4 miljard keer zo zwaar als de zon, de andere 200 miljoen keer zo zwaar. Ter vergelijking: ons eigen superzware zwarte gat (Sgr A*) is ruim vier miljoen zonsmassa zwaar, een lichtgewicht vergeleken met deze twee zwarte gaten. De omringende sterrenstelsels blijken 130 miljard en 30 miljard zonsmassa zwaar te zijn (het persbericht meldt dat het Melkwegstelsel 60 miljard zonsmassa zwaar is, maar dat is volgens mij een te lage schatting). De verhouding tussen de massa van sterrenstelsels en de zwarte gaten in hun kern lijkt in het moderne heelal altijd een bepaalde waarde te hebben. De verhouding bij de twee onderzochtte quasars lijkt hetzelfde zijn als de huidige verhouding.
Meer informatie is te vinden in het vakartikel van Xuheng Ding et al., “Detection of stellar light from quasar host galaxies at redshifts above 6” in the journal Nature.
Bron: MPIA.
