De twee door zwaartekracht gebonden quasars bestonden toen het heelal slechts drie miljard jaar oud was en maken deel uit van twee samensmeltende sterrenstelsels.
Het vroege universum was een onstuimige plek. Om de haverklap botsten sterrenstelsels tegen elkaar en smolten samen. Astronomen zijn erg in deze chaotische tijd geïnteresseerd en speuren met behulp van Hubble en andere ruimtetelescopen naar nieuwe ontdekkingen. Onlangs zijn ze op een onverwacht zeldzame vondst gestuit. Want in het piepjonge heelal ontdekte een onderzoeksgroep twee heldere quasars, ingebed in twee samensmeltende sterrenstelsels.
Quasars zijn enkele van de helderste objecten in het universum. Een quasar is eigenlijk het extreem heldere centrum van actieve sterrenstelsels. De gloed die dit centrum genereert ontstaat door de aanwezigheid van een supermassief zwart gat dat omringd wordt door een uit gas en stof opgebouwde accretieschijf. Gas dat vanuit die accretieschijf richting het zwarte gat valt, geeft enorme hoeveelheden energie af (in de vorm van licht en straling). Hierdoor is het object tot op zeer grote afstanden waarneembaar. Kortom, quasars zijn dus heldere objecten die worden aangedreven door vraatzuchtige, superzware zwarte gaten die grote hoeveelheden energie uitstoten terwijl ze ondertussen al het gas, stof en ander materiaal opslokken dat zich te dichtbij waagt.
De twee quasars bestonden toen het universum nog maar drie miljard jaar oud was en dus lang geleden met elkaar op ramkoers lagen. Ze maken deel uit van twee sterrenstelsels die tien miljard jaar geleden tegen elkaar botsten. Waarom de ontdekking van de twee quasars zo bijzonder is? “We zien niet vaak dubbele quasars in de vroege jaren van het universum,” legt onderzoeker Yu-Ching Chen uit. “Daarom is deze ontdekking zo opwindend.”
Zoektocht naar quasars
Het vinden van nabije binaire quasars is een relatief nieuw onderzoeksgebied, waar de afgelopen tien tot vijftien jaar steeds meer interesse in is. En met behulp van de krachtige telescopen van vandaag de dag – zoals Hubble en Gaia – is het tegenwoordig veel gemakkelijker geworden om actieve quasars op te sporen die zo dichtbij elkaar in de buurt staan, dat ze uiteindelijk zullen samensmelten.
Samensmeltende sterrenstelsels
Dat laatste is met name interessant. Er zijn namelijk steeds meer aanwijzingen dat grote sterrenstelsels ontstaan door fusies. Wanneer kleine stelsels met elkaar botsen, kunnen er zo steeds grotere sterrenstelsels worden gevormd. Binnen de samensmeltende sterrenstelsels zullen de zwarte gaten uit de oorspronkelijke sterrenstelsels een ‘paartje’ vormen. Uiteindelijk kunnen deze superzware zwarte gaten samensmelten. “Als we beter begrijpen uit welke stelsels deze zwarte gaten oorspronkelijk komen, dan zal dit ons uiteindelijk meer kunnen vertellen over de opkomst van zwarte gaten in het vroege universum,” aldus Chen. “Ook zal dit inzicht verschaffen in hoe vaak dergelijke fusies voorkomen.”
De huidige studie levert nu aanvullend bewijs voor deze theorie. “De gevoeligheid en resolutie van Hubble hebben foto’s opgeleverd waarmee we andere mogelijkheden voor wat we zien, kunnen uitsluiten,” stelt Chen. Hubble laat ondubbelzinnig zien dat dit inderdaad een echt paar superzware zwarte gaten is. Bovendien detecteerde de ruimtetelescoop een gravitatie-getouwtrek van het samensmelten van twee sterrenstelsels, waarbij de zwaartekracht de vorm van de sterrenstelsels vervormt waardoor er twee staarten van sterren ontstaan. “Dit is het unieke van deze studie,” zegt onderzoeker Xin Liu. “Het vertelt ons dat dergelijke populaties bestaan. En nu hebben we een methode om dubbele quasars op te sporen die minder dan de grootte van een enkel sterrenstelsel van elkaar verwijderd zijn.”
Gaia
De scherpe resolutie van Hubble alleen was overigens niet genoeg om op deze dubbele lichtbakens te jagen. De onderzoekers schakelden daarvoor tevens ruimtetelescoop Gaia in, die in 2013 werd gelanceerd en als doel heeft de positie, afstand en bewegingen van sterren en andere nabijgelegen hemellichamen vast te leggen. Maar met behulp van een nieuwe techniek kan de telescoop ook worden ingezet om het verre universum te verkennen. Omdat de twee nieuw ontdekte quasars met verschillende snelheden flikkeren, werden ze aangemerkt als ‘een ongebruikelijke activiteit in de ruimte’. Hubble zoomde vervolgens in en bracht de twee quasars, evenals hun gaststelsels, in beeld.
Verdwenen
De ontdekking levert aanwijzingen over hoe onrustig de kosmos lang geleden was, toen sterrenstelsels vaker met elkaar in botsing kwamen. Overigens bestaan de twee nieuw ontdekte quasars op dit moment al lang niet meer. In de afgelopen tien miljard jaar zijn hun gaststelsels waarschijnlijk samengesmolten tot een gigantisch elliptisch sterrenstelsel, vergelijkbaar met de exemplaren die we tegenwoordig in het lokale universum zien. De quasars zijn daarbij vermoedelijk gefuseerd tot een gigantisch, superzwaar zwart gat in het midden.
De zoektocht naar vergelijkbare quasars gaat door. En mogelijk kan de aankomende Nancy Grace Roman Space Telescope daarbij een belangrijk steentje bijdragen. “Mogelijk houden veel bestaande quasars zich op binaire systemen,” zegt Liu. “En met de krachtige Roman-telescoop kunnen we die misschien wel aan het licht brengen.”
