Een internationaal team van astronomen, met onder anderen de Leidse promovendus Elia Pizzati, heeft een aantal oude quasars waargenomen die verrassend genoeg in hun eentje lijken rond te dolen in het vroege heelal (minder dan een miljard jaar na de oerknal). Tot nu toe gingen astronomen er op basis van modellen van uit dat quasars zich altijd ophouden in drukke gebieden met veel naburige sterrenstelsels (The Astrophysical Journal, 17 oktober).
Quasars behoren tot de helderste objecten in het heelal. Ze ontstaan als superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels grote hoeveelheden gas opslokken. Hoewel de aanwezigheid van zulke superzware zwarte gaten heel vroeg in de geschiedenis van het heelal verbazingwekkend is, tonen verschillende modellen en simulaties aan dat deze heldere quasars alleen kunnen ontstaan in zeldzame, dichtbevolkte gebieden van het jonge heelal. De vondst van de eenzame quasars zet deze aanname op zijn kop.
Bij dit onderzoek gebruikten de astronomen onder leiding van Anna-Christina Eilers (MIT, VS) de Webb-ruimtetelescoop om meer dan 13 miljard jaar terug in de tijd te kijken en de kosmische omgeving van vijf bekende oude quasars te bestuderen. Ze vonden een verrassende verscheidenheid in hun omgeving. Terwijl sommige quasars zich in zeer drukke gebieden met meer dan vijftig naburige sterrenstelsels bevinden, zoals de modellen voorspellen, lijken de overige quasars in de lege ruimte rond de zwerven, met slechts een paar verdwaalde sterrenstelsels in hun omgeving. De grote vraag is nu hoe zulke objecten zo vroeg in het heelal konden ontstaan, zonder een significante bron van omringende materie om hun zwarte gat te laten groeien. Vervolgonderzoek moet aantonen of de quasars echt zo eenzaam zijn of dat ze worden omringd door aan het zicht onttrokken in stof gehulde sterrenstelsels.
Elia Pizzati en zijn Leidse collega’s Joseph Hennawi, Joop Schaye en Matthieu Schaller hebben gewerkt aan de interpretatie van de waarnemingen. ‘Om te kunnen zeggen of quasars in zeldzame en dichtbevolkte omgevingen kunnen leven of niet, moeten we weten hoe deze omgevingen er op verschillende kosmische momenten uitzagen. Met andere woorden, we moeten onze waarnemingen van quasars en melkwegstelsels vergelijken met onze theoretische modellen voor de ruimtelijke verdeling van materie in het heelal’, aldus Pizzati.
Een dergelijke vergelijking kan worden gemaakt met behulp van kosmologische simulaties met een groot volume, die de evolutie van dit kosmische web door de geschiedenis van het heelal in detail kunnen vastleggen. Niet alle simulaties zijn echter geschikt voor deze taak: om de zeldzaamste en meest dichte omgevingen waar (volgens theoretische modellen) quasars zouden leven vast te leggen, moet je enorme volumes simuleren (met een grootte van wel 10 miljard lichtjaar).
Voor dit onderzoek is een gloednieuwe simulatie gebruikt die aan de Sterrewacht Leiden en aan de Universiteit van Durham is ontwikkeld: FLAMINGO-10k. Deze simulatie bevat meer dan een biljoen deeltjes en is daarmee een van de grootste simulaties ooit.
Oorspronkelijk persbericht