NASA's Chandra X-ray Observatory heeft definitief bewijs verkregen dat een verre quasar die minder dan een miljard jaar na de oerknal werd gevormd, een volwassen superzwaar zwart gat bevat dat energie genereert met een snelheid van twintig biljoen zonnen. Het bestaan van zulke enorme zwarte gaten in dit vroege tijdperk van het heelal daagt theorieën uit over de vorming van sterrenstelsels en superzware zwarte gaten.
Astronomen Daniel Schwartz en Shanil Virani van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, MA observeerden de quasar, bekend als SDSSp J1306, die 12,7 miljard lichtjaar verwijderd is. Aangezien het heelal naar schatting 13,7 miljard jaar oud is, zien we de quasar zoals deze een miljard jaar na de oerknal was. Ze ontdekten dat de distributie van röntgenstralen met energie of röntgenspectrum niet te onderscheiden is van die van nabijgelegen, oudere quasars. Evenzo was de relatieve helderheid bij optische en röntgengolflengten van SDSSp J1306 vergelijkbaar met die van de nabijgelegen groep quasars. Optische waarnemingen suggereren dat de massa van het zwarte gat ongeveer een miljard zonsmassa's is.
Een team van wetenschappers van het California Institute of Technology en het Verenigd Koninkrijk heeft eerder bewijs van een ander superzwaar zwart gat in een vroeg tijdperk gepubliceerd met behulp van de XMM-Newton röntgensatelliet. Ze observeerden de quasar SDSSp J1030 op een afstand van 12,8 miljard lichtjaar en vonden in wezen hetzelfde resultaat voor het röntgenspectrum als de Smithsonian-wetenschappers vonden voor SDSSp J1306. Chandra's precieze locatie en spectrum voor SDSSp J1306 met bijna dezelfde eigenschappen elimineert elke aanhoudende onzekerheid dat vroegrijpe superzware zwarte gaten bestaan.
"Deze twee resultaten lijken erop te wijzen dat de manier waarop superzware zwarte gaten röntgenstralen produceren in wezen gelijk is gebleven vanaf een zeer vroege datum in het heelal", aldus Schwartz. "Dit impliceert dat de centrale motor met zwart gat in een enorm sterrenstelsel zeer snel na de oerknal werd gevormd."
Astronomen zijn het er algemeen over eens dat röntgenstraling uit de omgeving van superzware zwarte gaten wordt geproduceerd wanneer gas naar een zwart gat wordt getrokken en wordt verwarmd tot temperaturen van miljoenen tot miljarden graden. Het meeste binnenkomende gas is geconcentreerd in een snel roterende schijf, waarvan het binnenste deel een hete atmosfeer of corona heeft waar de temperaturen kunnen oplopen tot miljarden graden.
Hoewel de precieze geometrie en details van de röntgenproductie niet bekend zijn, hebben observaties van talrijke quasars of superzware zwarte gaten aangetoond dat veel van hen zeer vergelijkbare röntgenspectra hebben, vooral bij hoge röntgenenergieën. Dit suggereert dat de basisgeometrie en het mechanisme voor deze objecten hetzelfde zijn.
De opmerkelijke gelijkenis van de röntgenspectra van de jonge superzware zwarte gaten met die van veel oudere betekent dat de superzware zwarte gaten en hun accretieschijven al minder dan een miljard jaar na de oerknal aanwezig waren. Een mogelijkheid is dat miljoenen 100 zwarte gaten in de zonmassa gevormd zijn door de ineenstorting van massieve sterren in de jonge melkweg, en vervolgens door middel van fusies en accretie van gas een zwart gat in de massa van de zonne-energie hebben opgebouwd in het centrum van de melkweg.
Om de vraag te beantwoorden hoe en wanneer superzware zwarte gaten werden gevormd, zijn astronomen van plan de zeer diepe Chandra-belichtingen en andere onderzoeken te gebruiken om quasars op nog eerdere leeftijden te identificeren en te bestuderen.
Het artikel van Schwartz en Virani over SDSSp J1306 werd gepubliceerd in het nummer van 1 november 2004 van The Astrophysical Journal. Het artikel van Duncan Farrah en collega's over SDSS J1030 werd gepubliceerd in het nummer van 10 augustus 2004 van The Astrophysical Journal.
Chandra observeerde J1306 met zijn Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) -instrument in november 2003 gedurende ongeveer 33 uur. NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Beheert het Chandra-programma voor NASA's Office of Space Science, Washington. Northrop Grumman van Redondo Beach, Californië, voorheen TRW, Inc., was de belangrijkste aannemer voor de ontwikkeling van het observatorium. Het Smithsonian Astrophysical Observatory bestuurt de wetenschap en vluchtoperaties vanuit het Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts.
Aanvullende informatie en afbeeldingen zijn beschikbaar op:
http://chandra.harvard.edu en http://chandra.nasa.gov
Oorspronkelijke bron: Chandra News Release
