Astronomen van het MIT en andere instellingen hebben de wiebeling van een quasar ontdekt sinds de kosmische dageraad, slechts 850 miljoen jaar na de oerknal. Dit is de eerste keer dat een zo oude knipperende quasar is waargenomen, waardoor we de structuur van de schijf van gas en stof rond een primordiaal superzwaar zwart gat in kaart kunnen brengen.
Het object, bekend als J0439+1634, schijnt met een intensiteit die overeenkomt met 12 biljoen zonnen en vertoont variaties tot 20% in helderheid, het equivalent van 2 biljoen zonnen. Scintillatieanalyse toonde aan dat de accretieschijf verrassend dun en vlak is, vergelijkbaar met die van recentere en nabijgelegen quasars.
Superzware zwarte gaten in het vroege heelal
Elk sterrenstelsel herbergt een superzwaar zwart gat in het centrum. Wanneer het actief is, trekt het gas en stof van hoge temperatuur aan, waardoor een accretieschijf ontstaat die enorme energie vrijgeeft, waardoor het licht van het omringende sterrenstelsel wordt verduisterd. Quasars zijn de meest lichtgevende voorbeelden van dit proces.
Wetenschappers gingen ervan uit dat zwarte gaten van deze omvang meer dan een miljard jaar nodig zouden hebben om zich te vormen en te stabiliseren. Waarnemingen sinds het begin van de jaren 2000 hebben echter in de eerste miljard jaar van het heelal ruim tweehonderd superzware zwarte gaten geïdentificeerd, waarvan vele zich in een actieve quasarfase bevinden.
Eerste oscillatie vastgelegd bij kosmische dageraad
Tot nu toe verschenen oorspronkelijke quasars alleen als verre lichtpunten. Zonder de variaties vast te leggen, was het moeilijk om de interne structuur en de omgeving rond zwarte gaten te begrijpen.
Het team onder leiding van Gene Leung, een postdoctoraal onderzoeker aan het MIT Kavli Institute, en Anna-Christina Eilers, een assistent-professor natuurkunde aan het MIT, overwon de technische uitdaging van het observeren van het verre universum. Het licht van deze objecten wordt uitgerekt door de kosmische uitdijing, waardoor infrarode gegevens nodig zijn die over lange perioden zijn verzameld.
Ze gebruikten opnieuw verwerkte informatie van NASA’s NEOWISE-missie, die ongeveer 14 jaar lang de hemel scande. Er is bevestigd dat het willekeurig flikkerende signaal, vergelijkbaar met een kaarsvlam, de oudste knipperende quasar ooit is.
Platte schijf tart de verwachtingen van aanvankelijke instabiliteit
De afgeplatte vorm van de accretieschijf suggereert dat het zwarte gat zich al in een relatief volwassen staat bevond, zelfs zo vroeg in de geschiedenis van de kosmos. Dit staat in contrast met het idee dat oorspronkelijke systemen chaotischer en opgeblazener zouden zijn.
“Deze ontdekking geeft aan dat snelle en chaotische groeifasen al heel vroeg plaatsvinden, voordat we quasars op hun maximale helderheid zien”, legt Eilers uit. Leung voegde eraan toe dat er zelfs eerder iets moet zijn gebeurd voordat deze systemen er zo volwassen uitzagen.
Analyse op verschillende golflengten maakte het mogelijk om de temperatuur en structuur van materiaal in de schijf in kaart te brengen, wat voedingsprocessen bevestigde die vergelijkbaar zijn met die waargenomen in moderne quasars.
Wat de ontdekking onthult over de vorming van sterrenstelsels
Superzware zwarte gaten fungeren als centrale motoren van sterrenstelsels en reguleren de stervorming en structurele groei. Zonder hen zouden sterrenstelsels er niet zo uitzien als ze nu doen.
De detectie maakt de weg vrij voor dieper onderzoek naar de omstandigheden waaronder deze reuzen snel konden ontstaan. Het team is van plan nog verder terug in de tijd te kijken om de vroege stadia van de quasar-ontwikkeling vast te leggen.
