Astronomen hebben bewijs gevonden voor een buitengewoon lange straal deeltjes van een superzwaar zwart gat in het vroege heelal, met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory.

Indien bevestigd, het zou het verste superzware zwarte gat zijn met een jet gedetecteerd in röntgenstralen, afkomstig van een sterrenstelsel op ongeveer 12,7 miljard lichtjaar van de aarde. Het kan helpen verklaren hoe de grootste zwarte gaten zich in een zeer vroeg tijdstip in de geschiedenis van het heelal hebben gevormd.

De bron van de jet is een quasar - een snel groeiend superzwaar zwart gat - genaamd PSO J352.4034-15.3373 (kortweg PJ352-15), die in het centrum van een jong sterrenstelsel zit. Het is een van de twee krachtigste quasars die in de eerste miljard jaar na de oerknal in radiogolven zijn gedetecteerd. en is ongeveer een miljard keer massiever dan de zon.

Hoe kunnen superzware zwarte gaten zo snel groeien om zo'n enorme massa te bereiken in dit vroege tijdperk van het heelal? Dit is een van de belangrijkste vragen in de astronomie van vandaag.

Ondanks hun krachtige zwaartekracht en angstaanjagende reputatie, zwarte gaten trekken niet onvermijdelijk alles naar zich toe wat dichtbij hen komt. Materiaal dat rond een zwart gat in een schijf draait, moet snelheid en energie verliezen voordat het verder naar binnen kan vallen om de zogenaamde waarnemingshorizon te passeren. het punt waar geen terugkeer mogelijk is. Magnetische velden kunnen een remmend effect op de schijf veroorzaken als ze een straalmotor aandrijven, wat een belangrijke manier is voor materiaal in de schijf om energie te verliezen en, daarom, de groeisnelheid van zwarte gaten verhogen.

"Als een draaimolen op een speelplaats te snel beweegt, het is moeilijk voor een kind om naar het midden te gaan, dus iets of iemand moet de rit vertragen, " zei Thomas Connor van NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Californië, die de studie leidde. "Rond superzware zwarte gaten, we denken dat jets genoeg energie kunnen wegnemen zodat materiaal naar binnen kan vallen en het zwarte gat kan groeien."

Astronomen moesten PJ352-15 in totaal drie dagen observeren met behulp van het scherpe zicht van Chandra om bewijs voor de röntgenstraal te detecteren. Röntgenstraling werd gedetecteerd ongeveer 160, 000 lichtjaar verwijderd van de quasar in dezelfde richting als veel kortere jets gezien in radiogolven. Ter vergelijking, de hele Melkweg beslaat ongeveer 100, 000 lichtjaren.

PJ352-15 breekt een aantal verschillende astronomische records. Eerst, de langste straal die eerder werd waargenomen vanaf de eerste miljard jaar na de oerknal was slechts ongeveer 5, 000 lichtjaar lang, overeenkomend met de radiowaarnemingen van PJ352-15. Tweede, PJ352-15 bevindt zich ongeveer 300 miljoen lichtjaar verder weg dan de meest verre röntgenstraal die ervoor werd geregistreerd.

"De lengte van deze jet is significant omdat het betekent dat het superzware zwarte gat dat hem aandrijft al een aanzienlijke tijd groeit, " zei co-auteur Eduardo Bañados van het Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) in Heidelberg, Duitsland. "Dit resultaat onderstreept hoe röntgenonderzoek van verre quasars een cruciale manier is om de groei van de meest verre superzware zwarte gaten te bestuderen."

Het licht dat door deze straal werd gedetecteerd, werd uitgezonden toen het heelal slechts 0,98 miljard jaar oud was, minder dan een tiende van zijn huidige leeftijd. Op dit punt, de intensiteit van de kosmische microgolfachtergrondstraling (CMB) die overbleef van de oerknal was veel groter dan nu.

Terwijl de elektronen in de jet met bijna de lichtsnelheid van het zwarte gat wegvliegen, ze bewegen door en botsen met fotonen die de CMB-straling vormen, het stimuleren van de energie van de fotonen tot in het röntgenbereik dat door Chandra kan worden gedetecteerd. In dit scenario, de röntgenstralen zijn aanzienlijk sterker in helderheid in vergelijking met radiogolven. Dit komt overeen met de waarneming dat het grote röntgenstraalelement geen bijbehorende radio-emissie heeft.

"Ons resultaat laat zien dat röntgenwaarnemingen een van de beste manieren kunnen zijn om quasars met jets in het vroege heelal te bestuderen, " zei co-auteur Daniel Stern, ook van JPL. "Of om het anders te zeggen, Röntgenobservaties in de toekomst kunnen de sleutel zijn om de geheimen van ons kosmische verleden te ontrafelen."

Een paper waarin deze resultaten worden beschreven, is geaccepteerd voor publicatie in Het astrofysische tijdschrift.