Diep in de kinderschoenen van het heelal turend, bevestigde de Very Large Telescope (VLT) van de European Southern Observatory onlangs de ontdekking van de helderste en snelst groeiende quasar. Quasars zijn lichtgevende objecten aan de nachtelijke hemel, aangedreven door gas dat in een groot zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel valt.

De ontdekking van dit recordbrekende object was fascinerend genoeg. Maar een ander cruciaal aspect van de aankondiging is dat het grote vragen oproept over de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal. Het blijft vooral een raadsel hoe deze quasar, die minder dan twee miljard jaar na de oerknal bestond, zo snel zo groot heeft kunnen worden. Het onderzoeken van dit raadsel zou zelfs kunnen leiden tot een heroverweging van hoe sterrenstelsels zijn ontstaan.

Zwarte gaten, de dichtste objecten in het heelal, krijgen deze naam omdat hun zwaartekracht zo ongelooflijk sterk is dat zelfs licht niet aan hun greep kan ontsnappen. Hoe kan een zwart gat dan de oorsprong zijn van zo’n intense lichtbron?

Welnu, in sommige sterrenstelsels, waar het zwarte gat voldoende groot is, wordt materie in een woest hoog tempo naar binnen gezogen. Terwijl het naar binnen spiraalt, resulteren gewelddadige botsingen tussen gassen, stof en sterren in de emissie van enorme hoeveelheden lichtenergie. Hoe groter het zwarte gat, hoe gewelddadiger de botsingen en hoe meer licht er wordt uitgezonden.

De quasar die het onderwerp was van de laatste studie, bekend als J0529-4351, heeft een massa die overeenkomt met 17 miljard zonnen en is ongelooflijk groot. Er bevindt zich een spiraalvormige schijf van materie met een breedte van zeven lichtjaar in het centrum van de Melkweg en het zwarte gat groeit door deze materie te accumuleren (ophopen). De breedte van de schijf is vergelijkbaar met de afstand tussen de aarde en het dichtstbijzijnde sterrenstelsel, Alpha Centauri.

Verstopt in het volle zicht

Het zwarte gat groeit snel en verbruikt een recordhoeveelheid massa, wat overeenkomt met één zon per dag. Bij deze intense aanwas van materie komt een hoeveelheid stralingsenergie vrij die gelijk staat aan een miljard (duizend biljoen) zonnen.

Dit roept de vraag op waarom een ​​zo helder object nog maar net aan de nachtelijke hemel is geïdentificeerd, ondanks tientallen jaren van astronomische waarnemingen. Het blijkt dat deze stiekeme quasar zich in het volle zicht verborgen had.

Ondanks zijn verbazingwekkende helderheid bevindt J0529-4351 zich erg ver weg, wat betekent dat hij naadloos opgaat in een zee van zwakkere sterren die veel dichter bij de aarde liggen. In feite is deze quasar zo ver weg dat het licht dat hij uitstraalt er maar liefst 12 miljard jaar over doet om ons hier op aarde te bereiken.

De leeftijd van het heelal bedraagt ​​ongeveer 13,7 miljard jaar. Deze quasar bestond dus slechts 1,7 miljard jaar na de oerknal, aan het begin van het heelal.

De uitdijing van het heelal na de oerknal stelt ons in staat de afstand tot, en dus de leeftijd, van deze quasar te meten. Een al lang bekende eenvoudige formule, de wet van Hubble genaamd, stelt dat het kennen van de snelheid waarmee een object van ons af beweegt ons in staat stelt te berekenen hoe ver het verwijderd is.

De botsingen die plaatsvinden als materie in het zwarte gat van deze quasar terechtkomt, verhogen het tot verzengende temperaturen van 10.000°C. Onder deze omstandigheden zenden de atomen in het systeem een ​​karakteristiek spectrum van licht uit.

Deze discrete lichtfrequenties vormen een soort streepjescode die astronomen kunnen gebruiken om de elementaire composities van objecten aan de nachtelijke hemel te identificeren. Terwijl een object dat licht uitstraalt van ons af beweegt, ondergaat de frequentie van dat waargenomen licht een verschuiving, net zoals de geluidsfrequentie van een ambulancesirene verschuift, afhankelijk van of deze naar u toe of van u af rijdt.

Deze verschuiving die in astronomische objecten wordt waargenomen, staat bekend als roodverschuiving. Dit, samen met de wet van Hubble, heeft het mogelijk gemaakt dat zowel de leeftijd als de afstand (beide eigenschappen zijn in de kosmologie met elkaar verbonden) van J0529-4351 worden bevestigd.

Dit heldere baken uit het vroege heelal heeft een belangrijke vraag opgeworpen die astronomen verbijstert:hoe kon dit zwarte gat in zo’n relatief korte tijd zo snel uitgroeien tot zo’n massief object? Volgens algemeen aanvaarde modellen van het vroege heelal had het langer moeten duren voordat het deze omvang had bereikt.

Bovendien kunnen er de komende jaren nog meer worden gevonden door de kunstmatige intelligentie (AI)-modellen af ​​te stemmen die worden gebruikt om telescoopgegevens te scannen op deze ongebruikelijke objecten. Als ze op J0529-4351 lijken, zouden natuurkundigen hun modellen van het vroege universum en de vorming van sterrenstelsels serieus moeten heroverwegen.

Het snelst groeiende zwarte gat ooit waargenomen zal het perfecte doelwit zijn voor een systeem genaamd Gravity+, een aanstaande upgrade van een instrument op de Very Large Telescope dat een interferometer wordt genoemd. Deze interferometer is een ingenieuze manier om gegevens van de vier afzonderlijke telescopen waaruit de VLT bestaat te combineren.

Gravity+ is ontworpen om de rotatiesnelheid en massa van zwarte gaten nauwkeurig rechtstreeks te meten, vooral als ze ver van de aarde verwijderd zijn.

Bovendien is de Extremely Large Telescope van de European Southern Observatory, een reflecterende telescoop met een diameter van 39 meter, momenteel in aanbouw in de Chileense Atacama-woestijn. Dit is ontworpen voor het detecteren van de optische en nabij-infrarode golflengten die kenmerkend zijn voor quasars op afstand en zal het identificeren en karakteriseren van dergelijke ongrijpbare objecten in de toekomst nog waarschijnlijker maken.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.