Wetenschappers van het MIT hebben een uitgestrekte nieuwe cluster van sterrenstelsels ontdekt die zich in het volle zicht verbergt. het cluster, die slechts 2,4 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd is, bestaat uit honderden afzonderlijke sterrenstelsels en omringt een extreem actief superzwaar zwart gat, of quasar.

De centrale quasar heet PKS1353-341 en is intens helder - zo helder dat astronomen decennia lang aan de nachtelijke hemel hebben aangenomen dat de quasar helemaal alleen was in zijn hoek van het universum, schijnt als een eenzame lichtbron vanuit het centrum van een enkel sterrenstelsel.

Maar zoals het MIT-team vandaag meldt in de Astrofysisch tijdschrift , Het licht van de quasar is zo helder dat het honderden sterrenstelsels eromheen heeft verduisterd.

In hun nieuwe analyse de onderzoekers schatten dat er honderden individuele sterrenstelsels in de cluster zijn, die, alles verteld, is ongeveer zo groot als 690 biljoen zonnen. Ons Melkwegstelsel, ter vergelijking, weegt ongeveer 400 miljard zonsmassa's.

Het team berekent ook dat de quasar in het centrum van de cluster 46 miljard keer helderder is dan de zon. Zijn extreme helderheid is waarschijnlijk het resultaat van een tijdelijke voedingswaanzin:terwijl een immense schijf van materiaal rond de quasar wervelt, grote brokken materie van de schijf vallen erin en voeden het, waardoor het zwarte gat enorme hoeveelheden energie als licht uitstraalt.

"Dit kan een kortstondige fase zijn waar clusters doorheen gaan, waar het centrale zwarte gat een snelle maaltijd heeft, wordt helder, en vervaagt dan weer, " zegt studie auteur Michael McDonald, assistent-professor natuurkunde aan het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van MIT. "Dit kan een uitbarsting zijn die we zojuist hebben gezien. Over een miljoen jaar, dit ziet er misschien uit als een diffuse fuzzball."

McDonald en zijn collega's zijn van mening dat de ontdekking van deze verborgen cluster aantoont dat er mogelijk andere soortgelijke clusters van melkwegstelsels verborgen zijn achter extreem heldere objecten die astronomen verkeerd hebben gecatalogiseerd als enkele lichtbronnen. De onderzoekers zijn nu op zoek naar meer verborgen clusters van sterrenstelsels, die belangrijke aanwijzingen kunnen zijn om te schatten hoeveel materie er in het universum is en hoe snel het universum uitdijt.

De co-auteurs van het artikel zijn onder meer hoofdauteur en MIT-afgestudeerde student Taweewat Somboonpanyakul, Henry Lin van Princeton University, Brian Stalder van de Large Synoptic Survey Telescope, en Antony Stark van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Pluisjes of punten

In 2012, McDonald en anderen ontdekten het Phoenix-cluster, een van de meest massieve en lichtgevende clusters van sterrenstelsels in het universum. Het mysterie voor McDonald was waarom deze cluster, die zo intens helder was en in een gebied van de lucht dat gemakkelijk waarneembaar is, was nog niet eerder gevonden.

"We begonnen ons af te vragen waarom we het niet eerder hadden gevonden, omdat het erg extreem is in zijn eigenschappen en erg helder, McDonald zegt. "Dat komt omdat we vooropgezette ideeën hadden over hoe een cluster eruit zou moeten zien. En dit paste daar niet bij, dus we hebben het gemist."

Voor het grootste gedeelte, hij zegt dat astronomen hebben aangenomen dat clusters van sterrenstelsels er "pluizig, " een zeer diffuus signaal afgeven in de röntgenband, in tegenstelling tot helderder, puntachtige bronnen, die zijn geïnterpreteerd als extreem actieve quasars of zwarte gaten.

"De beelden zijn ofwel allemaal punten, of pluisjes, en de pluisjes zijn deze gigantische bollen van een miljoen lichtjaar heet gas die we clusters noemen, en de punten zijn zwarte gaten die gas ophopen en gloeien terwijl dit gas naar binnen spiraalt, McDonald zegt. "Het idee dat je een snel groeiend zwart gat in het midden van een cluster zou kunnen hebben - we dachten niet dat dat iets was dat in de natuur gebeurde."

Maar de ontdekking van Phoenix bewees dat clusters van sterrenstelsels inderdaad enorm actieve zwarte gaten kunnen herbergen. McDonald vroeg zich af:zouden er andere nabijgelegen melkwegclusters kunnen zijn die gewoon verkeerd zijn geïdentificeerd?

Een extreme eter

Om die vraag te beantwoorden, hebben de onderzoekers een enquête opgezet met de naam CHiPS, voor clusters die zich in het zicht verbergen, die is ontworpen om in het verleden gemaakte röntgenfoto's opnieuw te evalueren.

"We gaan uit van archiefgegevens van puntbronnen, of objecten die super helder aan de hemel stonden, " legt Somboonpanyakul uit. "We zijn op zoek naar puntbronnen in donzige dingen."

Voor elke puntbron die eerder werd geïdentificeerd, de onderzoekers noteerden hun coördinaten en bestudeerden ze vervolgens directer met behulp van de Magellan-telescoop, een krachtige optische telescoop die in de bergen van Chili staat. Als ze een hoger dan verwacht aantal sterrenstelsels rond de puntbron hebben waargenomen (een teken dat het gas mogelijk afkomstig is van een cluster van sterrenstelsels), de onderzoekers keken nog eens naar de bron, met behulp van NASA's op de ruimte gebaseerde Chandra X-Ray Observatory, om een ​​uitgebreide, diffuse bron rond de hoofdpuntbron.

"Zo'n 90 procent van deze bronnen bleken geen clusters te zijn, " zegt McDonald. "Maar het leuke is, het kleine aantal dingen dat we vinden zijn een soort regelovertreders."

De nieuwe paper rapporteert de eerste resultaten van de CHiPS-enquête, die tot dusverre heeft bevestigd dat een nieuwe cluster van sterrenstelsels een extreem actief centraal zwart gat herbergt.

"De helderheid van het zwarte gat kan te maken hebben met hoeveel het eet, McDonald zegt. "Dit is duizenden keren helderder dan een typisch zwart gat in het midden van een cluster, dus het is erg extreem in zijn voeding. We hebben geen idee hoe lang dit al aan de gang is of zal blijven duren. Het vinden van meer van deze dingen zal ons helpen begrijpen, is dit een belangrijk proces, of gewoon iets raars waarvan er maar één in het universum is."

Het team is van plan meer röntgengegevens te doorzoeken op zoek naar clusters van sterrenstelsels die de eerste keer mogelijk zijn gemist.

"Als de CHiPS-enquête er genoeg kan vinden, we zullen de specifieke accretiesnelheid op het zwarte gat kunnen bepalen waar het overschakelt van het genereren van voornamelijk straling naar het genereren van mechanische energie, de twee primaire vormen van

energie-output van zwarte gaten, " zegt Brian McNamara, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde aan de Universiteit van Waterloo, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Dit specifieke object is interessant omdat het tegen de trend ingaat. Ofwel de massa van het centrale superzware zwarte gat is veel lager dan verwacht, of de structuur van de accretiestroom is abnormaal. De excentriekelingen zijn degenen die ons het meest leren."

Naast het licht werpen op de voeding van een zwart gat, of aangroeigedrag, de detectie van meer clusters van sterrenstelsels kan helpen om in te schatten hoe snel het heelal uitdijt.

"Neem bijvoorbeeld de Titanic, ', zegt McDonald. 'Als je weet waar de twee grootste stukken zijn geland, je zou ze achteruit in kaart kunnen brengen om te zien waar het schip de ijsberg raakte. Op dezelfde manier, als je weet waar alle clusters van sterrenstelsels in het universum zijn, welke de grootste stukken in het universum zijn, en hoe groot ze zijn, en je hebt wat informatie over hoe het universum er in het begin uitzag, die we kennen van de oerknal, dan zou je in kaart kunnen brengen hoe het heelal uitdijde."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.