Met behulp van de Gemini North-telescoop, de helft van het internationale Gemini-observatorium, dat deels wordt gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation en wordt geëxploiteerd door NSF NOIRLab, hebben astronomen de grootste radiojet ooit in het vroege heelal gekarakteriseerd. Zulke grote radiojets zijn in het verre heelal nog steeds moeilijk te vinden.
Met deze waarnemingen hebben astronomen waardevolle nieuwe inzichten gekregen in wanneer de eerste jets in het heelal zijn ontstaan en hoe ze de evolutie van sterrenstelsels hebben beïnvloed. Uit tientallen jaren van astronomische waarnemingen weten wetenschappers dat de meeste sterrenstelsels massieve zwarte gaten in hun centrum hebben. Het gas en stof dat in deze zwarte gaten valt, maakt door wrijving een enorme hoeveelheid energie vrij, waardoor lichtgevende galactische kernen ontstaan, quasars genaamd, die jets van energierijke materie uitstoten. Deze straalstromen kunnen tot op grote afstand worden waargenomen met radiotelescopen.
In ons lokale heelal zijn deze radiojets niet ongewoon. Een klein deel ervan wordt gevonden in nabije sterrenstelsels, maar in het verre, vroege heelal zijn ze tot nu toe ongrijpbaar gebleven. Met behulp van een combinatie van telescopen hebben astronomen een verre, tweelobbige radiojet ontdekt die zich uitstrekt over een afstand van maar liefst 200.000 lichtjaar - tweemaal de breedte van de Melkweg. Dit is de grootste radiojet die ooit zo vroeg in de geschiedenis van het heelal is gevonden. De straal werd voor het eerst geïdentificeerd met behulp van de internationale LOFAR-telescoop (Low Frequency Array), een netwerk van radiotelescopen in heel Europa.
Vervolgwaarnemingen in het nabij-infrarood met de Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) en in het optisch met de Hobby Eberly Telescope werden verkregen om een compleet beeld te schetsen van de radiostraal en de quasar die deze voortbrengt. Deze bevindingen zijn cruciaal om meer inzicht te krijgen in het tijdstip en de mechanismen achter de vorming van de eerste grootschalige jets in ons heelal. GNIRS is gemonteerd op de Gemini North telescoop, de helft van het International Gemini Observatory, deels gefinancierd door de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) en geëxploiteerd door NSF NOIRlab.
Foto: LOFAR/DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/F. Sweijen (Durham University)
“We zochten naar quasars met sterke radiojets in het vroege heelal, wat ons helpt te begrijpen hoe en wanneer de eerste jets worden gevormd en hoe ze de evolutie van sterrenstelsels beïnvloeden,” zegt Anniek Gloudemans, postdoctoraal onderzoeker bij NOIRLab en hoofdauteur van het artikel waarin deze resultaten worden gepresenteerd in The Astrophysical Journal Letters. Het bepalen van de eigenschappen van de quasar, zoals zijn massa en de snelheid waarmee hij materie verbruikt, is nodig om zijn ontstaansgeschiedenis te begrijpen. Om deze parameters te meten, zocht het team naar een specifieke golflengte van het licht dat quasars uitzenden, bekend als de MgII (magnesium) brede emissielijn. Normaal gesproken verschijnt dit signaal in het ultraviolette golflengtegebied. Maar door de uitdijing van het heelal, waardoor het licht van de quasar wordt 'uitgerekt' naar langere golflengten, komt het magnesiumsignaal op aarde aan in het nabij-infrarode golflengtegebied.
“Interessant is dat de quasar die deze massieve radiostraal aandrijft geen extreme massa van een zwart gat heeft in vergelijking met andere quasars,” zegt Gloudemans. “Dit lijkt erop te wijzen dat je niet per se een uitzonderlijk massief zwart gat of accretiesnelheid nodig hebt om zulke krachtige jets te genereren in het vroege heelal.” Het eerdere gebrek aan grote radiojets in het vroege heelal werd toegeschreven aan ruis van de kosmische microgolfachtergrond - de altijd aanwezige mist van microgolfstraling die is overgebleven van de oerknal. Deze hardnekkige achtergrondstraling vermindert normaal gesproken het radiolicht van zulke verre objecten.
“Alleen omdat dit object zo extreem is, kunnen we het vanaf de aarde waarnemen, ook al staat het heel ver weg,” zegt Gloudemans. “Dit object laat zien wat we kunnen ontdekken door de kracht van meerdere telescopen die op verschillende golflengten werken te combineren.” “Toen we naar dit object begonnen te kijken, verwachtten we dat de zuidelijke straal gewoon een ongerelateerde nabije bron zou zijn, en dat het grootste deel ervan klein zou zijn. Daarom was het heel verrassend toen het LOFAR-beeld grote, gedetailleerde radiostructuren liet zien,” zegt Frits Sweijen, postdoctoraal onderzoeker aan Durham University en medeauteur van het artikel. “De aard van deze verre bron maakt het moeilijk om hem te detecteren op hogere radiofrequenties, wat de kracht van LOFAR op zichzelf en zijn synergie met andere instrumenten aantoont.”
Wetenschappers hebben nog steeds een groot aantal vragen over hoe radioheldere quasars zoals J1601+3102 verschillen van andere quasars. Het blijft onduidelijk welke omstandigheden nodig zijn om zulke krachtige radiojets te creëren, of wanneer de eerste radiojets in het heelal zijn ontstaan. Dankzij de samenwerking van Gemini North, LOFAR en de Hobby Eberly Telescope zijn we een stap dichter bij het begrijpen van het raadselachtige vroege heelal.
Bron: NOIRLab
