Astronomen die de Very Large Array (VLA) -radiotelescoop van de National Science Foundation gebruiken om de verste bekende quasar te bestuderen, hebben een verleidelijke aanwijzing gevonden die een langdurige kosmische vraag over kip en ei kan beantwoorden: welke kwam er eerst, superzware zwarte gaten of gigantische sterrenstelsels?
Jarenlang hebben astronomen een directe relatie opgemerkt tussen de massa van het centrale, superzware zwarte gat van een sterrenstelsel en de totale massa van de 'uitstulping' van sterren in de kern. Hoe groter het zwarte gat, hoe groter de uitstulping. Wetenschappers hebben uitgebreid gespeculeerd over de vraag of het zwarte gat of de stellaire uitstulping het eerst is ontstaan. Onlangs hebben sommige theorieën gesuggereerd dat de twee zich tegelijkertijd kunnen vormen.
De nieuwe VLA-waarnemingen van een quasar en zijn gaststelsel, gezien zoals ze waren toen het heelal nog geen miljard jaar oud was, geven aan dat het jonge sterrenstelsel een superzwaar zwart gat heeft, maar geen massieve uitstulping van sterren.
'We vonden een grote hoeveelheid gas in dit jonge sterrenstelsel, en als we de massa van dit gas optellen bij die van het zwarte gat, tellen ze op tot bijna de totale massa van het hele systeem. De dynamiek van de melkweg impliceert dat er niet veel massa meer over is om de omvang van de door de huidige modellen voorspelde stellaire uitstulping goed te maken '', zegt Chris Carilli van het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Socorro, NM.
De wetenschappers bestudeerden een quasar genaamd J1148 + 5251, die met meer dan 12,8 miljard lichtjaar de verste quasar is die ooit is gevonden. J1148 + 5251, ontdekt in 2003 door de Sloan Digital Sky Survey, is een jong sterrenstelsel met een heldere quasarkern zoals het was toen het heelal nog maar 870 miljoen jaar oud was. Het heelal is nu 13,7 miljard jaar oud.
Door de VLA ongeveer 60 uur lang op J1148 + 4241 te richten, konden de onderzoekers de hoeveelheid moleculair gas in het systeem bepalen. Bovendien konden ze de bewegingen van dat gas meten en zo de totale massa van het galactische systeem schatten. Eerdere studies van het systeem hadden schattingen opgeleverd dat het zwarte gat 1 tot 5 miljard keer de massa van onze zon was.
De nieuwe VLA-waarnemingen geven aan dat er ongeveer 10 miljard zonsmassa's moleculair gas in het systeem zitten en dat de totale massa van het systeem 40-50 miljard zonnemassa's is. Het gas en het zwarte gat samen zijn dus goed voor 11-15 miljard zonsmassa's van dat totaal.
'De geaccepteerde verhouding geeft aan dat een zwart gat van deze massa moet worden omgeven door een stellaire uitstulping van enkele biljoen zonsmassa's. Onze dynamische meting laat zien dat er niet veel massa over is, met uitzondering van het zwarte gat en het gas, om een stellaire bobbel te vormen. Dit bewijst dat het zwarte gat zich vormt vóór de stellaire uitstulping ', zegt Fabian Walter van het Max Planck Institute for Radioastronomy in Heidelberg, Duitsland, die Jansky Postdoctoral Fellow was bij NRAO in Socorro toen de waarnemingen werden gedaan.
"Een voorbeeld maakt zeker niet het geval, maar in dit object hebben we blijkbaar een voorbeeld van een zwart gat zonder veel van een stellaire uitstulping. Nu moeten we meer van dergelijke objecten in het verre, vroege heelal gedetailleerd bestuderen ', zei Carilli. "Met de enorm verbeterde gevoeligheid van de Expanded VLA en de Atacama Large Millimeter Array (ALMA), die over een paar jaar online komen, hebben we de tools die we nodig hebben om deze vraag definitief op te lossen," voegde Carilli toe.
'Dergelijke studies zijn de sleutel om te begrijpen hoe sterrenstelsels voor het eerst zijn ontstaan', zei Walter.
Walter en Carilli werkten samen met Frank Bertoldi en Karl Menten van het Max Planck Instituut in Bonn; Pierre Cox van het Institute of Space Astrophysics van de University of Paris-South; Fred K.Y. Lo van de NRAO in Charlottesville, VA; Xiahui Fan van het Steward Observatory van de Universiteit van Arizona; en Michael Strauss van Princeton University over het project. Hun onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters.
De National Radio Astronomy Observatory is een faciliteit van de National Science Foundation en wordt beheerd in samenwerking met Associated Universities, Inc.
Oorspronkelijke bron: NRAO-persbericht
