55 jaar geleden werd het quasar mysterie opgelost

Quasar 3C273
Röntgenopname van 3C273 en zijn jet. Tegenwoordig weten we dat de quasar zich in het centrum van een gigantisch elliptisch sterrenstelsel bevindt. De opname is gemaakt door de Chandra röntgentelescoop vanuit een baan om de Aarde.

Op 5 februari 1963 loste de Nederlandse astronoom Maarten Schmidt een puzzel op over de quasi-stellaire radiobron 3C273. Hij veranderde daarmee de manier waarop we dachten over ons heelal. Het was een sterachtig object, een punt licht met een mysterieuze jet. Het spectrum van het object, de verzameling golflengtes van zijn licht, zag er heel vreemd uit. Astronomen gebruiken sterspectra om meer te leren over de samenstelling van verre objecten. Maar, in 1963, leek het er op dat de emissielijnen in het spectrum van 3C273 niet overeenkwamen met enig bekend chemisch element. Schmidt realiseerde zich plotseling dat 3C273 het hele algemene element waterstof bevatte. Hij realiseerde zich ook dat de spectraallijnen van waterstof erg vreemd leken omdat ze naar het rode deel van het spectrum waren verschoven. Een dergelijke grote roodverschuiving kon alleen maar optreden als 3C273 zich op een enorme afstand van ongeveer 3 miljard lichtjaar zou bevinden.

Schmidt realiseerde zich ook meteen de impact van zijn ontdekking. Als 3C273 zich zo ver weg bevindt en dan nog steeds zichtbaar is dan moet het object enorm helder en erg krachtig zijn. De lichtsterkte werd geschat op 3 triljoen maal de lichtsterkte van de Zon. Dat levert honderden keren meer licht op dan ons eigen sterrenstelsel. Maar 3C273 lijkt minder dan 1 lichtjaar in doorsnede en dat is vergeleken met ons eigen sterrenstelsel dat een doorsnede van 100.000 lichtjaar heeft, erg weinig.

3C273 is dus niet alleen erg ver weg maar ook enorm helder. Het moeten gigantische energie producerende processen die hier voor verantwoordelijk zijn. Processen die in 1963 nog niet bekend waren. De ontdekking van Maarten Schmidt werd op 16 maart 1963 gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

Maarten Schmidt Time Magazine
Maarten Schmidt is een Nederlandse astronoom die in 1963 herkende dat quasars zich op enorme afstanden in het heelal bevinden en daarom enorm sterke energiebronnen moeten zijn. Cover Time Magazine van 11 maart 1966

Tegenwoordig zijn er honderdduizenden quasars bekend waaronder velen die verder weg zijn en veel krachtiger zijn dan 3C273. Het is niet overdreven om te stellen dat quasars voor een revolutie in de sterrenkunde hebben gezorgd. Waarom zijn die enorm krachtige quasars bijvoorbeeld allemaal zo ver van ons verwijderd? Omdat licht reist met een snelheid van ± 300.000 kilometer per seconde zien we verre objecten in de ruimte vanuit een ver verleden. Met andere woorden: quasars kwamen voor in het vroege, jonge heelal. Ze bestaan in onze tijd niet meer. Maar waarom?

In de jaren ‘60 waren 3C273 en andere quasars het sterkste bewijs tegen de Steady State theorie van Fred Hoyle. Deze theorie stelt dat materie steeds ontstaat bij het uitdijen van het heelal. Dit leidt tot een heelal dat overal hetzelfde is. Quasars lieten zien dat het heelal niet overal hetzelfde is en dat ondersteunde weer tot de Oerknal-theorie.

Maar zelfs voor 1963 begon de Steady State theorie al aanhangers te verliezen. De grootste verandering die door de ontdekking van Maarten Schmidt over de quasar 3C273 werd veroorzaakt was dan ook de manier waarop we over ons heelal denken.

In andere woorden, het idee dat 3C273 ontzettend lichtsterk was en toch een hele kleine ruimte bevatte suggereerde dat er energieën moesten zijn waarover de astronomen nog geen weet hadden. 3C273 gaf astronomen de eerste aanwijzingen dat we leven in een heelal van enorme explosieve gebeurtenissen en enorme temperaturen en helderheden. Een heelal waar zwarte gaten veelvuldig voorkomen en een belangrijke rol spelen.

In 1963 gaf de ontdekking van Schmidt astronomen een ongekende blik over hoe het heelal zich gedroeg tijdens zijn jeugd, miljarden jaren voor het ontstaan van onze Zon en de zijn planeten. Later ontdekte Schmidt samen met zijn collega Donald Lynden-Bell dat quasars sterrenstelsels zijn die supermassieve zwarte gaten bevatten en die zich op enorme afstanden van ons bevinden. Het zijn geen sterren de deel uitmaken van ons eigen sterrenstelsel zoal eerder werd aangenomen. Zijn werk leidde er toe dat de schaal van het waarneembare heelal gigantisch werd vergroot en het verbeterde ons beeld over de gewelddadige natuur van ons heelal waarin massieve zwarte gaten een dominante rol spelen.

Wat zijn quasars? Tegenwoordige geloven astronomen dat een quasar een compact gebied is in het centrum van een sterrenstelsel in het jonge heelal. Dit compacte gebied omringd een supermassief zwart gat dat vergelijkbaar is met het zwarte gat in het centrum van ons eigen sterrenstelsel en veel (of vermoedelijk alle) andere sterrenstelsels. De enorme lichtkracht van een quasar is het resultaat van processen die plaatsvinden in de accretieschijf van het zwarte gat als die sterren opslokt die te dichtbij komen.

De term “quasar” werd in 1964 door de Chinees-Amerikaanse astrofysicus Hong-Yee Chiu geïntroduceerd. Hij schreef in een artikel: “Tot nu toe wordt de klungelige term “quasi-stellaire radiobronnen” gebruikt om deze objecten te omschrijven. Omdat de herkomst van deze objecten niet bekend is is het ook niet mogelijk om er een toepasselijke naam aan toe te kennen. Voor het gemak zal in dit artikel de afkorting “quasar” gebruikt worden.

Maarten Schmidt is een Nederlandse astronoom die op 28 december 1929 werd geboren in Groningen. Hij promoveerde in 1956 bij professor Oort in Leiden en vertrok in 1959 naar de Verenigde Staten waar hij ging werken bij het California Institute of Technology (CalTech). Hij is onderscheiden met vele wetenschappelijke prijzen. De asteroïde 10430 Martschmidt is naar hem vernoemd.

 

Eerste publicatie: 5 februari 2018