Het is een bekend feit onder astronomen en kosmologen dat hoe verder je in het heelal kijkt, hoe verder terug in de tijd je ziet. En hoe dichter astronomen de Big Bang, die 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond, kunnen zien, hoe interessanter de ontdekkingen worden. Het zijn deze vondsten die ons het meest leren over de vroegste periodes van het heelal en de daaropvolgende evolutie.
Zo hebben wetenschappers die de Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) en de Magellan-telescopen gebruiken, onlangs de vroegste Supermassive Black Hole (SMBH) tot nu toe waargenomen. Volgens de studie van het ontdekkingsteam is dit zwarte gat ongeveer 800 miljoen keer de massa van onze zon en bevindt het zich op meer dan 13 miljard lichtjaar van de aarde. Dit maakt het de verste en jongste tot nu toe waargenomen SMBH.
De studie, getiteld "Een zwart gat van 800 miljoen zonne-massa in een aanzienlijk neutraal universum bij een roodverschuiving van 7,5", verscheen onlangs in het tijdschrift. Natuur. Onder leiding van Eduardo Bañados, een onderzoeker van de Carnegie Institution for Science, bestond het team uit leden van NASA's Jet Propulsion Laboratory, het Max Planck Institute for Astronomy, het Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, het Las Cumbres Observatory en meerdere universiteiten.
Net als bij andere SMBH's is deze specifieke ontdekking (aangeduid met J1342 + 0928) een quasar, een klasse van superheldere objecten die bestaan uit een zwart gat dat materie ophaalt in het centrum van een enorm sterrenstelsel. Het object werd ontdekt tijdens een onderzoek naar verre objecten, die infraroodgegevens van de WISE-missie combineerden met metingen op de grond. Het team volgde vervolgens gegevens op van de Magellan-telescopen van de Carnegie-sterrenwacht in Chili.
Zoals bij alle verre kosmologische objecten, werd de afstand van J1342 + 0928 bepaald door de roodverschuiving te meten. Door te meten hoeveel de golflengte van het licht van een object wordt uitgerekt door de uitzetting van het heelal voordat het de aarde bereikt, kunnen astronomen bepalen hoe ver het moest reizen om hier te komen. In dit geval had de quasar een roodverschuiving van 7,54, wat betekent dat het meer dan 13 miljard jaar duurde voordat het licht ons bereikte.
Zoals Xiaohui Fan van het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona (en een co-auteur van het onderzoek) uitlegde in een Carnegie-persbericht:
“Deze grote afstand maakt zulke objecten extreem zwak als ze vanaf de aarde worden bekeken. Vroege quasars zijn ook zeer zeldzaam in de lucht. Er was maar één quasar bekend bij een roodverschuiving groter dan zeven, tot nu toe, ondanks uitgebreid zoeken. '
Gezien zijn leeftijd en massa was de ontdekking van deze quasar een hele verrassing voor het onderzoeksteam. Zoals Daniel Stern, een astrofysicus bij NASA's Jet Propulsion Laboratory en medeauteur van het onderzoek, in een NASA-persbericht aangaf: “Dit zwarte gat werd veel groter dan we hadden verwacht in slechts 690 miljoen jaar na de oerknal, die onze theorieën over hoe zwarte gaten ontstaan. '
In wezen bestond deze quasar in een tijd dat het heelal net begon te ontstaan uit wat kosmologen de 'donkere middeleeuwen' noemen. Tijdens deze periode, die ongeveer 380.000 jaar tot 150 miljoen jaar na de oerknal begon, hadden de meeste fotonen in het heelal interactie met elektronen en protonen. Als gevolg hiervan is de straling van deze periode niet waarneembaar door onze huidige instrumenten - vandaar de naam.
Het universum bleef in deze toestand, zonder enige lichtbronnen, totdat de zwaartekracht de materie in de eerste sterren en sterrenstelsels deed condenseren. Deze periode staat bekend als het "Reinozation Epoch", dat 150 miljoen tot 1 miljard jaar na de oerknal duurde en werd gekenmerkt door de vorming van de eerste sterren, sterrenstelsels en quasars. Het wordt zo genoemd omdat de energie die vrijkomt door deze oude sterrenstelsels ervoor zorgde dat de neutrale waterstof van het heelal opgewonden raakte en ioniseerde.
Toen het heelal eenmaal was gereioniseerd, konden fotonen vrij door de ruimte reizen en werd het heelal officieel transparant voor licht. Dit is wat de ontdekking van deze quasar zo interessant maakt. Zoals het team opmerkte, is een groot deel van de waterstof eromheen neutraal, wat betekent dat het niet alleen de verste quasar is die ooit is waargenomen, maar ook het enige voorbeeld van een quasar die bestond voordat het heelal opnieuw werd geïoniseerd.
Met andere woorden, J1342 + 0928 bestond tijdens een grote overgangsperiode voor het heelal, wat toevallig een van de huidige grenzen van de astrofysica is. Alsof dit nog niet genoeg was, werd het team ook geschokt door de massa van het object. Wil een zwart gat in deze vroege periode van het heelal zo groot zijn geworden, dan moeten er speciale voorwaarden zijn om zo'n snelle groei mogelijk te maken.
Wat deze voorwaarden zijn, blijft echter een raadsel. Hoe het ook zij, deze nieuw gevonden SMBH lijkt met een verbazingwekkende snelheid materie in het centrum van een sterrenstelsel te consumeren. En hoewel de ontdekking ervan veel vragen heeft opgeroepen, wordt verwacht dat de inzet van toekomstige telescopen meer zal onthullen over deze quasar en zijn kosmologische periode. Zoals Stern zei:
"Nu er verschillende, nog gevoeliger wordende faciliteiten van de volgende generatie worden gebouwd, kunnen we de komende jaren veel opwindende ontdekkingen in het zeer vroege universum verwachten."
Deze missies van de volgende generatie omvatten de Euclid-missie van de European Space Agency en de Wide-field Infrared Survey Telescope (WFIRST) van de NASA. Terwijl Euclid objecten zal bestuderen die 10 miljard jaar geleden zijn gelokaliseerd om te meten hoe donkere energie de kosmische evolutie beïnvloedde, zal WFIRST breedveld nabij-infrarood onderzoeken uitvoeren om het licht te meten dat afkomstig is van een miljard sterrenstelsels.
Beide missies zullen naar verwachting meer objecten onthullen, zoals J1342 + 0928. Momenteel voorspellen wetenschappers dat er slechts 20 tot 100 quasars zo helder en ver weg zijn als J1342 + 0928 in de lucht. Als zodanig waren ze het meest tevreden met deze ontdekking, die ons naar verwachting fundamentele informatie over het heelal zal verschaffen toen het nog maar 5% van zijn huidige leeftijd was.
