Quasars – de helderste objecten in het heelal

Werking van een Quasar
Schematische weergave van een Quasar

Quasars zijn verre objecten die worden aangedreven door zwarte gaten die miljarden keren zwaarder zijn dan onze Zon. Quasars zijn zó helder dat ze de oude sterrenstelsels waarin ze voorkomen volledig overstralen. Ongeveer een halve eeuw geleden werden de eerste quasars ontdekt en astronomen zijn sindsdien gefascineerd door deze enorm sterke dynamo’s.

In de jaren 30 van de vorige eeuw ontdekte Karl Jansky, een natuurkundige van Bell Telephone Laboratories, dat de statische interferenties op de trans-Atlantische telefoonlijnen afkomstig was van ons sterrenstelsel. In de jaren 50 begonnen astronomen de sterrenhemel te verkennen met radiotelescopen en begonnen ze hun signalen te koppelen aan zichtbare bronnen aan de sterrenhemel.

Het leek er echter op dat sommige kleinere puntvormige bronnen niet gekoppeld konden worden aan een visuele tegenhanger. Astronomen noemden deze objecten quasi-stellaire radiobronnen, afgekort quasars, omdat de signalen van één plaats kwamen, net zoals bij een ster. Echter de naam is verkeerd want volgens het National Astronomical Observatory van Japan zendt slechts ongeveer 10% van de quasars sterke radiogolven uit.

Een naam geven hielp niet mee in het bepalen wat het eigenlijk voor objecten zijn. Het duurde jaren voordat astronomen zich realiseerden dat deze verre spikkels die leken op sterren werden gemaakt door deeltjes die bewegen met bijna de lichtsnelheid. Quasars behoren tot de helderste en meest verre hemelse objecten en zijn essentieel om het jonge heelal te kunnen begrijpen.

Jets met de snelheid van het licht

Wetenschappers denken nu dat de kleine, puntbronachtige bronnen in werkelijkheid signalen zijn die afkomstig zijn van galactische kernen die hun eigen sterrenstelsel compleet overstralen. Quasars komen alleen voor in sterrenstelsels met supermassieve zwarte gaten. Dit zijn zwarte gaten die miljarden keren meer massa hebben dan onze Zon. En ofschoon er geen licht kan ontsnappen uit het zwarte gat zelf, zijn er signalen die vanaf de rand van een zwart gat weg kunnen komen. En terwijl gas en stof in het zwarte gat vallen zijn er andere deeltjes die met bijna de lichtsnelheid wegschieten van het zwarte gat. Deze deeltjes schieten van het zwarte gat weg via jets aan weerszijden van het zwarte gat. Ze worden via een van de krachtigste deeltjesversnellers in net heelal getransporteerd.

Men denkt dat quasars ontstaan in gebieden in het heelal waar de dichtheid van materie op grote schaal veel hoger is dan gemiddeld.

De meeste quasars worden op miljarden lichtjaren afstand gevonden. Omdat licht tijd nodig heeft om te reizen is het bestuderen van deze objecten in de ruimte net zoiets als een tijdmachine: we zien de objecten als ze waren toen het licht ze miljarden jaren geleden verliet. Dus hoe verder weg wetenschappers kijken hoe verder terug ze in de tijd kijken. Het merendeel van de 2000 bekende quasars bestonden in de tijd dat het heelal nog jong was. Sterrenstelsels zoals ons eigen sterrenstelsel hebben mogelijk in een ver verleden ook een quasar gehad die op dit moment stil is.

In december 2017 werd op een afstand van meer dan 13 miljard lichtjaar de meest verre quasar tot nu toe gedetecteerd. Deze quasar draagt de naam J1342+0928 en wetenschappers nemen deze quasar waar slechts 690 miljoen jaar na de Oerknal. Een quasar die zo jong is kan mogelijk informatie verschaffen over hoe sterrenstelsels in de loop van de tijd zijn geëvolueerd.

Quasars zenden energie uit van miljoenen, miljarden of zelfs misschien wel biljoenen elektronvolts. Deze energie overtreft het licht van alle sterren in een sterrenstelsel. De helderste objecten in het heelal schijnen 10 tot 100.000 keer helderder dan ons eigen sterrenstelsel.

Volgens de NASA zijn quasars in staat om honderden tot duizenden keren meer energie uit te stralen dan ons eigen sterrenstelsel en daarmee zijn het de meest energetische en helderste objecten in het heelal. De eerste quasar die we kennen is de quasar 3C 273. Als deze quasar zich op een afstand van 30 lichtjaar van de Aarde zou bevinden dan was die even helder als de Zon. 3C 273 bevindt zich echter op een afstand van ongeveer 2,5 miljard lichtjaar en het is daarmee een van de meest nabije quasars.

Het bestuderen van quasars is lange tijd een enorme uitdaging geweest vanwege hun relatie met de lastig te bepalen massa van super-massieve zwarte gaten. Maar astronomen hebben nu een nieuwe methode om op grote schaal de massa van de zwaarste zwarte gaten te bepalen en dat is een belangrijke stap voorwaarts in het onderzoek naar quasars.

Stamboom

Quasars zijn deel van een klasse van objecten die we Active Galaxy Nuclei (AGN, sterrenstelsels met een actieve kern) noemen. Andere klassen zijn o.a. Seyfert-stelsels en blazars. Alle drie hebben ze super-massieve zwart gaten nodig voor hun energievoorziening. Van deze drie hebben Seyfert-stelsels de laagste energie van ongeveer 100 kilo elektronvolt (KeV). Blazers, en ook quasars, zenden significant meer energie uit.

Veel wetenschappers denken dat het in feite om dezelfde soort objecten gaat maar dat wij ze vanuit een verschillend perspectief zien. De bundels van quasars lijken ongeveer in de richting van de Aarde te wijzen maar blazers wijzen hun bundels recht naar ons toe. Ofschoon er bij Seyfert-stelsels geen jets zichtbaar zijn denken astronomen dat dit komt omdat we ze van opzij bekijken. Alle energie is dus van ons afgericht en wordt door onze instrumenten niet opgemerkt.

 

Eerste publicatie: 14 augustus 2013
Volledige revisie: 29 november 2018