Persbericht

Verste quasar ontdekt

29 juni 2011

Een team van Europese astronomen heeft, met behulp van ESO’s Very Large Telescope en tal van andere telescopen, de tot nu toe verste quasar ontdekt en onderzocht. Dit heldere baken, dat van energie wordt voorzien door een zwart gat dat twee miljard keer zo zwaar is als de zon, is verreweg het helderste object dat in het vroege heelal is waargenomen. De onderzoeksresultaten verschijnen op 30 juni 2011 in het tijdschrift Nature.

‘Deze quasar speelt een essentiële rol bij het onderzoek van het vroege heelal. Het is een zeer zeldzaam object dat ons zal helpen begrijpen hoe superzware zwarte gaten binnen een paar honderd miljoen jaar na de oerknal konden ontstaan,’ zegt onderzoeksleider Stephen Warren.

Quasars zijn zeer heldere, verre sterrenstelsels die hun energie waarschijnlijk ontlenen aan de superzware zwarte gaten in hun kernen. Dankzij hun grote helderheid kunnen deze objecten ons meer inzicht geven in het tijdperk waarin de eerste sterren en sterrenstelsels ontstonden. De nieuwe quasar is zo ver weg dat zijn licht informatie bevat over het einde van het zogeheten reïonisatietijdperk [1].

De pas ontdekte quasar, die de aanduiding ULAS J1120+0641 [2] draagt, wordt gezien zoals hij slechts 770 miljoen jaar na de oerknal was (roodverschuiving 7,1; [3]). Zijn licht heeft er 12,9 miljard jaar over gedaan om ons te bereiken.

Hoewel er al objecten zijn ontdekt die nóg verder weg zijn (zoals een gammaflits met roodverschuiving 8,2 (eso0917) en een sterrenstelsel met roodverschuiving 8,6 (eso1041)), is de nieuwe quasar honderden keren helderder dan deze. Van alle objecten die zo helder zijn dat ze nauwkeurig onderzocht kunnen worden, is de quasar verreweg het verste.

De op één na verste quasar wordt gezien zoals hij 870 miljoen jaar na de oerknal was (roodverschuiving 6,4). Verder weg gelegen quasars kunnen niet op zichtbare golflengten worden opgespoord, omdat hun licht, opgerekt door de uitdijing van het heelal, tegen de tijd dat het op aarde arriveert grotendeels in het infrarode deel van het spectrum valt. De Europese UKIRT Infrared Deep Sky Survey (UKIDSS), die gebruik maakt van de speciale Britse infraroodtelescoop op Hawaï [4], is ontworpen om dit probleem te verhelpen. Het team van astronomen heeft miljoenen objecten in de UKIDSS-database doorgespit op potentiële verre quasars, en vond uiteindelijk de speld in de hooiberg.

‘Het heeft ons vijf jaar gekost om dit object te vinden,’ legt co-auteur Bram Venemans uit. ‘We zochten naar een quasar met een roodverschuiving groter dan 6,5. Dat we er eentje vonden die zo ver weg is, met een roodverschuiving van meer dan 7, was een spannende verrassing. Door ons diep in het reïonisatietijdperk te laten kijken, biedt deze quasar een unieke gelegenheid om een 100 miljoen jaar durende periode in de geschiedenis van het heelal te verkennen die tot nu toe buiten bereik lag.’ 

De afstand van de quasar is bepaald aan de hand van waarnemingen met het FORS2-instrument van ESO’s Very Large Telescope (VLT) en instrumenten van de Gemini North Telescope [5]. Omdat het object relatief helder is, is het mogelijk er een spectrum van op te nemen (wat betekent dat het licht van het object in zijn samenstellende kleuren wordt gesplitst). Dankzij deze techniek zijn astronomen veel te weten gekomen over de quasar. 

Uit de waarnemingen blijkt dat de massa van het zwarte gat in het centrum van ULAS J1120+0641 ongeveer twee miljard keer zo groot is als die van de zon. Deze zeer grote massa laat zich, zo kort na de oerknal, lastig verklaren. De huidige theorieën over de groei van superzware zwarte gaten voorspellen dat hun massa langzaam toeneemt door het opslokken van materie uit de omgeving.

‘We denken dat er, verspreid over de hele hemel, maar ongeveer honderd heldere quasars met een roodverschuiving groter dan 7 zijn,’ besluit Daniel Mortlock, hoofdauteur van het Nature-artikel. ‘Het opsporen van dit object had heel wat voeten in de aarde, maar nu kunnen we tenminste enkele raadsels over het vroege heelal oplossen.’

Noten

[1] Ongeveer 300.000 jaar na de oerknal, die 13,7 miljard jaar geleden plaatsvond, was het heelal voldoende afgekoeld om elektronen en protonen in staat te stellen om neutrale waterstof te vormen (een gas zonder elektrische lading). Totdat 100 à 150 miljoen jaar de eerste sterren begonnen te ontstaan, was het heelal gevuld met dit koele, donkere gas. De intense ultraviolette straling van de sterren splitste de waterstofatomen weer in protonen en elektronen – een proces dat reïonisatie wordt genoemd – waardoor het heelal doorzichtiger werd. Vermoed wordt dat dit tijdperk duurde van ongeveer 150 miljoen tot 800 miljoen jaar na de oerknal.

[2] De quasar werd gevonden met gegevens van de UKIDSS Large Area Survey, kortweg ULAS. De getallen en het voorvoegsel ‘J’ verwijzen naar zijn positie aan de hemel.

[3] Omdat licht een eindige snelheid heeft, kijken astronomen verder terug in de tijd naarmate ze verder het heelal in kijken. Het heeft 12,9 miljard jaar geduurd voordat het licht van ULAS J1120+0641 de telescopen op aarde bereikte: de quasar wordt dus gezien zoals hij was toen het heelal slechts 770 miljoen jaar oud was. In die 12,9 miljard jaar is het heelal aanzienlijk uitgedijt, waardoor het licht van de quasar onderweg werd uitgerekt. De kosmologische roodverschuiving, of kortweg roodverschuiving, is een maat voor de uitdijing die het heelal onderging tussen het moment dat het licht werd uitgezonden en het moment waarop het werd ontvangen.

[4] UKIRT staat voor United Kingdom Infrared Telescope. De telescoop is eigendom van de Britse Science and Technology Facilities Council en wordt beheerd door de staf van het Joint Astronomy Centre in Hilo, Hawaï.

[5] FORS2 is de FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph van de VLT. Andere instrumenten die werden gebruikt om het licht van de quasar te ontleden, zijn de Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) en de Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS). Ook de Liverpool Telescope, de Isaac Newton Telescope en de UK Infrared Telescope (UKIRT) werden ingezet om de surveymetingen te bevestigen.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek worden op 30 juni 2011 gepresenteerd in het tijdschrift Nature.

Het onderzoeksteam bestaat uit Daniel J. Mortlock (Imperial College London [Imperial], VK), Stephen J. Warren (Imperial), Bram P. Venemans (ESO, Garching, Duitsland), Mitesh Patel (Imperial), Paul C. Hewett (Institute of Astronomy [IoA], Cambridge, VK), Richard G. McMahon (IoA), Chris Simpson (Liverpool John Moores University, VK), Tom Theuns (Institute for Computational Cosmology, Durham, VK en Universiteit van Antwerpen, België), Eduardo A. Gonzáles-Solares (IoA), Andy Adamson (Joint Astronomy Centre, Hilo, VS), Simon Dye (Centre for Astronomy and Particle Theory, Nottingham, VK), Nigel C. Hambly (Institute for Astronomy, Edinburgh, VK), Paul Hirst (Gemini Observatory, Hilo, VS), Mike J. Irwin (IoA), Ernst Kuiper (Sterrewacht Leiden, Nederland), Andy Lawrence (Institute for Astronomy, Edinburgh, VK), Huub J. A. Röttgering (Sterrewacht Leiden).

ESO, de Europese Zuidelijke Sterrenwacht, is de belangrijkste intergouvernementele sterrenkundeorganisatie in Europa, en het meest productieve astronomische observatorium ter wereld. Zij wordt ondersteund door vijftien landen: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerp, de bouw en het beheer van krachtige grondobservatoria die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. ESO speelt ook een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op sterrenkundig gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die uitsluitend is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. Ook is ESO de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste sterrenkundige project van dit moment. Daarnaast bereidt ESO momenteel de bouw voor van de Europese Extremely Large optische/nabij-infrarood Telescoop (E-ELT), een telescoop van de 40-meterklasse die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel: Nature paper

Contact

Daniel Mortlock
Astrophysics Group, Blackett Laboratory, Imperial College London
London, United Kingdom
Tel: +44 20 7594 7878
E-mail: d.mortlock@imperial.ac.uk

Bram Venemans
ESO Astronomer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6631
E-mail: bveneman@eso.org

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
E-mail: rhook@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media