Bijna elk sterrenstelsel herbergt een monster in het centrum - een superzwaar zwart gat dat miljoenen tot miljarden keer zo groot is als de zon. Hoewel er nog veel te leren is over deze objecten, veel wetenschappers geloven dat ze cruciaal zijn voor de vorming en structuur van sterrenstelsels. Bovendien, sommige van deze zwarte gaten zijn bijzonder actief, sterren opzwepen, stof en gas in gloeiende accretieschijven die krachtige straling uitzenden in de kosmos terwijl ze materie om hen heen consumeren. Deze quasars zijn enkele van de meest verre objecten die astronomen kunnen zien, en er is nu een nieuw record voor de verste ooit waargenomen.

Een team van wetenschappers, onder leiding van voormalig UC Santa Barbara postdoctoraal onderzoeker Feige Wang en met inbegrip van professor Joe Hennawi en huidige postdoc Riccardo Nanni, kondigde de ontdekking van J0313-1806 aan, de verste quasar die tot nu toe is ontdekt. Gezien zoals het er meer dan 13 miljard jaar geleden uit zou hebben gezien, deze volledig gevormde verre quasar is ook de vroegste die tot nu toe is ontdekt, astronomen inzicht geven in de vorming van massieve sterrenstelsels in het vroege heelal. De bevindingen van het team werden vrijgegeven tijdens de bijeenkomst van de American Astronomical Society in januari 2021 en gepubliceerd in Astrofysische journaalbrieven .

Quasars zijn de meest energetische objecten in het universum. Ze komen voor wanneer gas in de oververhitte accretieschijf rond een superzwaar zwart gat onverbiddelijk naar binnen wordt getrokken, energie afgeven over het elektromagnetische spectrum. Hierbij komen enorme hoeveelheden elektromagnetische straling vrij, met de meest massieve voorbeelden die gemakkelijk hele sterrenstelsels overtreffen.

Quasar J0313-1806 ligt op 13 miljard lichtjaar afstand, en bestond slechts 690 miljoen jaar na de oerknal. Het wordt aangedreven door het vroegst bekende superzware zwarte gat, die, ondanks zijn vroege vorming, weegt nog steeds meer dan 1,6 miljard keer de massa van de zon. Inderdaad, J0313-1806 overtreft de moderne Melkweg met een factor 1, 000.

"De verste quasars zijn cruciaal om te begrijpen hoe de vroegste zwarte gaten zijn gevormd en om kosmische reïonisatie te begrijpen - de laatste grote faseovergang van ons universum, " zei co-auteur Xiaohui Fan, een professor in de astronomie aan de Universiteit van Arizona.

De aanwezigheid van zo'n enorm zwart gat zo vroeg in de geschiedenis van het universum stelt theorieën over de vorming van zwarte gaten in vraag. Als hoofdauteur Wang, nu een NASA Hubble-fellow aan de Universiteit van Arizona, legt uit:"Zwarte gaten gecreëerd door de allereerste massieve sterren zouden in slechts een paar honderd miljoen jaar niet zo groot kunnen zijn geworden."

Het team ontdekte J0313-1806 voor het eerst na het doorzoeken van gegevens van digitale luchtonderzoeken van grote gebieden. Cruciaal voor de karakterisering van de nieuwe quasar was een hoogwaardig spectrum verkregen bij het W.M. Keck Observatory:"Through University of California Observatories, we hebben bevoorrechte toegang tot de Keck-telescopen op de top van Mauna Kea, waardoor we hoogwaardige gegevens over dit object konden verkrijgen kort nadat werd bevestigd dat het een quasar was bij andere telescopen, ' zei Hennawi.

Naast het wegen van het monsterzwarte gat, de waarnemingen van het Keck-observatorium onthulden een uitzonderlijk snelle uitstroom die uit de quasar kwam in de vorm van een hoge snelheidswind die met 20% van de lichtsnelheid reisde. "De energie die vrijkomt bij zo'n extreem hoge uitstroomsnelheid is groot genoeg om de stervorming in het hele quasargaststelsel te beïnvloeden, " zei Jinyi Yang, van Steward Observatory aan de Universiteit van Arizona.

Het vroege sterrenstelsel dat de quasar huisvest, ondergaat een golf van stervorming, produceren nieuwe sterren 200 keer sneller dan de huidige Melkweg. Het systeem is het vroegst bekende voorbeeld van een quasar die de groei van zijn gastmelkwegstelsel vormgeeft. De combinatie van deze intense stervorming, de lichtgevende quasar en de uitstroom met hoge snelheid maken J0313-1806 en zijn gastheerstelsel tot een veelbelovend natuurlijk laboratorium voor het begrijpen van de groei van superzware zwarte gaten en hun gastheerstelsels in het vroege heelal.

"Dit zou een geweldig doelwit zijn om de vorming van de vroegste superzware zwarte gaten te onderzoeken, " concludeerde Wang. "We hopen ook meer te weten te komen over het effect van de uitstroom van quasars op hun gastmelkweg - en ook om te leren hoe de meest massieve sterrenstelsels in het vroege universum zijn gevormd."

Het vinden van deze verre quasars vereist ongelooflijk nauwgezet werk, want ze zijn als spelden in een hooiberg. Astronomen delven digitale beelden van miljarden hemellichamen om veelbelovende quasar-kandidaten te vinden. "Het huidige slagingspercentage voor het vinden van deze objecten is ongeveer 1%. Je moet veel kikkers kussen voordat je je prins vindt, ’ merkte Hennawi op.

hennawi, Wang en Nanni ontwikkelen machine learning-tools om deze big data te analyseren en het proces van het vinden van verre quasars efficiënter te maken. "In de komende jaren zullen de Euclid-satelliet van de European Space Agency en de James Webb Space Telescope van NASA ons in staat stellen om misschien honderd quasars op deze afstand te vinden, of verder, "Zei Hennawi. "Met een grote statistische steekproef van deze objecten zullen we in staat zijn om een ​​precieze tijdlijn van het reïonisatietijdperk te construeren en meer licht te werpen op hoe deze massieve zwarte gaten gevormd zijn."