Quasars kunnen schijnen met de helderheid van een biljoen sterren (een 1 met 12 nullen) en zijn daarmee de helderste objecten in het universum. Ze ontstaan wanneer een superzwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel veel materie in een spiraalvormige beweging naar zich toetrekt. Doordat het materiaal opwarmt komt hierbij een grote hoeveelheid energie vrij.
Quasars zijn door vrijwel het hele waarneembare universum te zien en wetenschappers zijn al decennia op zoek naar de verste exemplaren. Deze objecten onthullen namelijk wat er gebeurde in het vroege heelal toen de eerste superzware zwarte gaten en sterrenstelsels vorm kregen. Quasars uit deze tijd zijn echter moeilijk te vinden. Ze zijn zeldzaam en door de grote afstand is hun licht zwak en makkelijk te verwarren met dichterbij gelegen sterren.
Ruimtetelescoop Euclid heeft nu 31 quasars ontdekt die schenen toen het heelal nog maar vijf procent van zijn huidige leeftijd had. “Deze quasars dateren uit de kindertijd van het heelal”, zegt Daming Yang, promovendus van de Sterrewacht Leiden van de Universiteit Leiden en hoofdauteur van het wetenschappelijke artikel. “Door ze te bestuderen kunnen we beter begrijpen hoe dit soort enorme systemen zo snel zijn ontstaan en gegroeid. Vooralsnog is dat een groot vraagstuk in de astrofysica.”
Record quasar
De ontdekking voegt 12 nieuwe exemplaren toe aan de verzameling van quasars met een zogenoemde roodverschuiving – een maatstaf voor afstand – van 7 of hoger. Dat betekent dat deze quasars schenen toen het heelal maximaal 770 miljoen jaar oud was. Tot nu toe waren er 9 van dit soort quasars bekend.
Twee van de nu ontdekte quasars, EUCL J172902.75+641018.1 en EUCL J125308.55+705432.3, hebben een roodverschuiving van respectievelijk 7,77 en 7,69, waarmee ze een record vestigen voor de verste exemplaren ooit gevonden. Beide bevinden zich op ruim 13 miljard lichtjaar en ontstonden in de eerste 670 miljoen jaar van het universum.
De op één na verste quasar die door Daming en zijn collega's werd gevonden, is onlangs in meer detail bestudeerd door de groep van Silvia Belladitta. De waarnemingen tonen aan dat de quasar is ingebed in een met gas en stof gevuld sterrenstelsel dat in hoog tempo nieuwe sterren vormt. Daarmee geven de resultaten een idee van hoe het ‘gaststerrenstelsel’ van een vroeg superzwaar zwart gat eruit zou kunnen zien.
Quasars als tijdmachines
De quasars bestonden in een tijd in de kosmische geschiedenis die bekendstaat als het zogenoemde reïonisatietijdperk. Dit was het moment waarop de eerste sterren begonnen te schijnen. Door de straling van deze vroege sterren veranderde het universum van een koude en donkere plek naar een heelal waarin materie in de ruimte – met name waterstofgas – geïoniseerd raakte en ‘doorzichtig’ werd voor ultraviolette straling. De quasars kunnen cruciale informatie leveren over hoe deze reïonisatie verliep, bijvoorbeeld over de mate en snelheid waarmee de eerste sterrenstelsels hun omgeving beïnvloedden.
Omdat er maar zo weinig quasars bekend zijn op deze grote roodverschuiving zijn dit soort vragen over het vroege heelal en de sterrenstelsels daarin nog moeilijk te beantwoorden, aldus Yang. “De enige manier om dat wel te doen is het vinden van meer objecten op deze afstand.”
Ten opzichte van zijn voorgangers is Euclid in staat om quasars te detecteren die 10 tot 100 keer zwakker zijn. “Dit resultaat toont de kracht van Euclid’s waarnemingen in het nabij-infrarood. Tijdens de voorbereidingen van de missie werd al duidelijk dat het een prima zoekmachine voor verre quasars zou moeten zijn”, zegt Henk Hoekstra, hoogleraar van de Sterrewacht Leiden die bij het onderzoek betrokken is. “Nu hebben we die bevestiging. Op basis van deze eerste gegevens verwacht ik nog veel meer ontdekkingen, zeker wanneer we de dataverwerking verder verbeteren.”
De Euclid-gegevens bestrijken na een jaar 1.900 vierkante graden aan de hemel, een gebied ter grootte van zo’n 10.000 volle manen. Naar verwachting zal het volledige zesjarige onderzoek nog honderden andere verre quasars opleveren, waaronder de eerste quasars met een roodverschuiving van meer dan 8. Die sterrenstelsels bestonden toen het universum maximaal 640 miljoen jaar oud was.
“We zitten hiermee op de rand van wat waarneemtechnisch mogelijk is”, zegt Huub Röttgering, hoogleraar van de Sterrewacht Leiden en een van de auteurs van het wetenschappelijke artikel. “Euclid laat ons zien hoeveel quasars er überhaupt zijn in het vroege universum. Onze huidige modellen hebben moeite om te verklaren hoe sterrenstelsels en zwarte gaten zo snel zo enorm zwaar konden worden in het universum. Hiermee kunnen we beginnen om een oplossing te vinden.”