Hoe is het mogelijk dat het heelal minder dan een miljard jaar na de oerknal al meer dan tweehonderd quasars kende? Deze heldere sterrenstelselkernen waarin een superzwaar zwart gat huist, konden volgens een internationale groep astronomen ontstaan uit turbulente gaswolken.

Quasars zijn heldere kernen van sterrenstelsels die aangedreven worden door superzware zwarte gaten die honderdduizenden tot miljarden malen zwaarder zijn dan de zon. Deze zwarte gaten zitten midden in een maaltijd: ze zijn gulzig gas en andere materie uit hun omgeving aan het opslokken.

Voordat de materie in het onverzadigbare zwarte gat verdwijnt, wervelt het in een schijf eromheen. De wrijving in die schijf verhit het materiaal, dat daardoor licht en andere straling uitzendt. Daardoor lichten de kernen helder op.

Wetenschapsjournalisten zijn niet simpelweg een bron van ruis
LEES OOK
Wetenschapsjournalisten zijn niet simpelweg een bron van ruis

Volgens een nieuw idee ontstonden de eerste quasars uit extreem zware sterren die vormden in turbulente gaswolken in het vroege heelal.

Eerste quasars

Voor een quasar heb je een enorm zwaar zwart gat nodig. Zwarte gaten ontstaan meestal wanneer een zware ster aan het eind van zijn leven ineenstort onder zijn eigen zwaartekracht. Het heersende idee was dat de superzware monsters ontstaan uit het samensmelten van meerdere kleine zwarte gaten.

De zwarte gaten die ontstaan uit de eerste sterren, die honderden malen zwaarder waren dan de zon, zijn hooguit honderd keer zo zwaar als de zon. Voor een quasar heb je dus een heleboel kortlevende sterren nodig.

Astronomen waren verbaasd toen ze quasars ontdekten die in de eerste miljard jaar na de oerknal ontstaan zijn. Er lijkt simpelweg niet genoeg tijd voor die eerste sterren om ineen te storten tot zwarte gaten en vervolgens samen te smelten. Laat staan dat er op die manier meer dan tweehonderd quasars konden ontstaan.

Turbulente gaswolken

Er zijn theoretische modellen om het bestaan van deze vroege quasars te verklaren. Volgens sommige astrofysici ontstaan ze uit extreem zware sterren van tienduizend tot honderdduizend zonsmassa’s die binnen een paar honderdduizend jaar eindigen als zwaar zwart gat. De meeste van deze modellen vereisen echter zeldzame, exotische omstandigheden, zoals gaswolken die beschenen worden door sterke uv-straling.

Nu komt een internationale groep astronomen met een alternatief, zonder exotische, zeldzame omstandigheden. De groept gebruikt supercomputers die de omstandigheden in het vroege heelal kunnen simuleren.

‘Onze supercomputermodellen ontdekten dat koude, compacte gasstromen kunnen zorgen voor turbulentie in een gaswolk die de vorming van normale sterren verhinderde totdat de wolk zo zwaar werd dat hij catastrofaal instortte onder zijn eigen gewicht’, vertelt Daniel Whalen van de Engelse Universiteit van Portsmouth, betrokken bij het onderzoek. Daarbij kunnen bijvoorbeeld twee gigantische oersterren vormen – één met een massa van 30.000 zonnen en een andere met een massa van 40.000.

Die extreem zware sterren zullen snel ineenstorten tot zware zwarte gaten. Die zijn zwaar genoeg en bevinden zich dicht genoeg bij elkaar om in het vroege heelal samen te smelten tot de superzware monsters die nodig zijn voor een quasar.

Dit verklaart niet alleen de oorsprong van de eerste quasars, maar ook het grote aantal in het vroege heelal. Whalen: ‘Ze waren een natuurlijk gevolg van structuurvorming – kinderen van het kosmische web.’

Computersimulatie van het ontstaan van een quasar in een turbulente gaswolk. Beeld: University of Portsmouth