Een verre quasar's zwart gat is opvallend groot voor zijn sterrenstelsel

De allereerste waarneming van starlight van een sterrenstelsel met een van de meest verre quasars die bekend is, heeft een astronomische eigenaardigheid onthuld.

Quasars - vurige heldere galactische kernen - danken hun schittering aan de intense hitte die ontstaat wanneer gas om een grote zwarte gat draait. Het zwarte gat dat een quasar aandrijft op 13 miljard lichtjaar van de aarde is half zo massief als alle sterren eromheen - een recordhoog ratio voor een quasar gastgalaxie, astronomers melden in een paper die op 14 oktober is ingediend bij arXiv.org.

Help ons verbeteren door onze 15-vragen lezer enquête in te vullen.

Alle eerdere pogingen om het gaststerrenstelsel te zien met de Hubble Space Telescope faalden. Dus astronomen richtten zich in plaats daarvan op de James Webb Space Telescope, of JWST (SN: 6/20/23).

De quasar, genaamd ULAS J1120+0641 en de vierde verste bekend, overtreft zijn sterrenstelsel meer dan 100 keer (SN: 6/29/11). "Dit maakt het erg moeilijk om het [licht] van het gaststerrenstelsel te meten," zegt teamlid Minghao Yue, een astronoom aan het MIT. Maar gedurende de 13 miljard jaar dat het licht van de quasar naar ons toe is gesneld, heeft de expansie van het heelal de lichtgolven met meer dan 700 procent opgerekt. Daardoor zien we het zichtbare licht van de quasar op infrarode golflengten, waar JWST het grootste deel van zijn waarnemingen uitvoert.

Het zwarte gat dat de quasar aandrijft, vinden de astronomen, is 1,4 miljard keer zo massief als de zon, in lijn met eerdere schattingen. Wat nieuw is, is de detectie van het gaststerrenstelsel, waarvan de sterren optellen tot 2,6 miljard zonsmassa's. Dat is klein in vergelijking met de Melkweg, waarvan de stellaire massa ongeveer 60 miljard zonsmassa's is. Maar op het moment dat we de quasar zien, ongeveer 750 miljoen jaar na de oerknal, waren alle sterrenstelsels jong, en hadden zelfs de meeste van de grootste sterrenstelsels minder sterren dan moderne giganten zoals de onze.

Wat echt opvalt, is het relatieve gewicht van het zwarte gat: het weegt 54 procent van de stellaire massa van het sterrenstelsel, tegenover slechts ongeveer 0,1 procent voor centrale zwarte gaten in moderne reuzensterrenstelsels. "Dat betekent dat de co-evolutie tussen zwarte gaten en hun gastheren in het vroege heelal heel anders moet zijn geweest dan in moderne sterrenstelsels," zegt Yue.

Harvard University astronoom Avi Loeb is het daarmee eens. Hij denkt dat de straling van de quasar de stervorming in het gaststerrenstelsel heeft onderdrukt door zijn gas te verwarmen (SN: 8/16/24). Om in te storten en sterren te creëren, moet interstellair gas ijskoud zijn; anders voorkomt de uitgaande druk van thermische druk dat het gas instort tot nieuwe sterren. "Als ik moet raden," zegt hij, "is het gas niet koud genoeg om veel sterren te maken."

De quasar zal in de toekomst uitgaan, zegt Loeb. Dan kan het gas in het omliggende sterrenstelsel afkoelen en sterren vormen, waardoor de stellaire massa van het sterrenstelsel groeit. Als we het sterrenstelsel zoals het vandaag is zouden kunnen zien, zou de zwarte gatmassa ten opzichte van de stellaire massa ervan heel goed overeen kunnen komen met die van reuzensterrenstelsels bij ons in de buurt.

Helaas, zegt Yue, lost het nieuwe werk het mysterie niet op van hoe deze enorme zwarte gaten zo snel zo groot werden kort na de oerknal (SN: 1/18/21). Maar de waarnemingen tonen wel een ander sterrenstelsel dat botst met het sterrenstelsel dat de quasar herbergt. De botsing laat waarschijnlijk gas in het zwarte gat stromen, waardoor zijn toch al aanzienlijke massa toeneemt en ook de quasar oplicht zodat astronomen het over zo'n enorme afstand kunnen zien.