Webb ziet 3 miljoen lichtjaar lang filament van sterrenstelsels in het vroege heelal

Sterrenstelsels zijn tot strengen geregen in het enorme kosmische web, dat ook enorme leegtes bevat. Met behulp van de Webb Space Telescope hebben astronomen een vroege streng van deze structuur gevonden: een lang smal filament van tien sterrenstelsels die slechts 830 miljoen jaar na de Oerknal bestond. De drie miljoen lichtjaar lange structuur is verankerd door een heldere quasar genaamd J0305-3150.

Hetzelfde team heeft ook de eigenschappen van acht quasars in het vroege heelal onderzocht. Ze hebben vastgesteld dat de centrale zwarte gaten van de sterrenstelsels, die minder dan een miljard jaar na de Oerknal bestonden, in massa variëren van 600 miljoen tot 2 miljard zonsmassa.

De onderzoekers waren verrast door hoe lang en hoe smal het filament is. Ze hadden verwacht iets te vinden maar niet een dergelijke lange en duidelijke structuur. Het is een van de vroegste filamentaire structuren die is gevonden en verband houdt met een quasar.

De ontdekking werd gedaan als onderdeel van het ASPIRE-project, dat als belangrijkste doel heeft de kosmische omgevingen van de vroegste zwarte gaten te bestuderen.

In totaal zal ASPIRE 25 quasars waarnemen die bestonden in de eerste miljard jaar na de Oerknal, een tijd die bekend staat als het tijdperk van de reïonisatie.

De afgelopen twee decennia van kosmologisch onderzoek hebben astronomen een goed begrip gegeven van hoe het kosmische web zich vormt en evolueert.

ASPIRE wil begrijpen hoe de opkomst van de vroegste massieve zwarte gaten kan worden opgenomen in ons huidige verhaal over het ontstaan  van kosmische structuren, aldus de onderzoekers

In hun onderzoek analyseerden de astronomen ook de eigenschappen van acht quasars in het vroege heelal. Ze bevestigden de centrale zwarte gaten, die minder dan een miljard jaar na de Oerknal bestonden en in massa variëren van 600 miljoen zonsmassa tot 2 miljard zonsmassa.

Om deze superzware zwarte gaten in zo’n korte tijd te laten ontstaan moet er aan twee criteria worden voldaan: eerst moet je beginnen met groeien vanuit een enorm ”zaad” zwart gat. Ten tweede, zelfs als dit zaad begint met een massa gelijk aan duizend zonnen, moet je nog steeds een miljoen keer meer materie laten aangroeien met de hoogst mogelijke snelheid gedurende de levensduur van het zwarte gat.

Deze ongekende waarnemingen geven aanwijzingen over hoe zwarte gaten worden samengesteld. Astronomen hebben geleerd dat deze zwarte gaten zich in massieve jonge sterrenstelsels bevinden die het brandstofreservoir vormen voor hun groei.

Webb leverde ook het beste bewijs tot nu toe van hoe vroege superzware zwarte gaten mogelijk het ontstaan van sterren in hun sterrenstelsels reguleren.

Terwijl superzware zwarte gaten materie aangroeien, kunnen ze ook enorme uitstromen van materiaal aandrijven.

Deze winden kunnen zich ver buiten het zwarte gat zelf uitstrekken, op galactische schaal, en kunnen een aanzienlijke invloed hebben op het ontstaan van sterren.

Sterke winden van zwarte gaten kunnen het ontstaan van sterren in het gaststelsel ook onderdrukken. Dergelijke winden zijn waargenomen in het nabije heelal, maar zijn nooit rechtstreeks waargenomen in het tijdperk van reïonisatie.

De schaal van de wind hangt samen met de structuur van de quasar. In de Webb-waarnemingen zien we dat dergelijke winden al bestonden in het vroege heelal.

De bevindingen zijn in twee artikelen beschreven die in de Astrophysical Journal Letters zijn gepubliceerd.

Artikelen:

• Feige Wang et al. 2023. A SPectroscopic Survey of Biased Halos in the Reionization Era (ASPIRE): JWST Reveals a Filamentary Structure around a z = 6.61 Quasar. ApJL 951, L4; doi: 10.3847/2041-8213/accd6f
• Jinyi Yang et al. 2023. A SPectroscopic Survey of Biased Halos in the Reionization Era (ASPIRE): A First Look at the Rest-frame Optical Spectra of z > 6.5 Quasars Using JWST. ApJL 951, L5; doi: 10.3847/2041-8213/acc9c8

Eerste publicatie: 8 juli 2023
Bron: NASA/ESA/sci-news