Het proces waarbij donkere materie superzware zwarte gaten omzet in hoogenergetische quasars heeft zich door de geschiedenis heen voorgedaan en heeft de evolutie van het universum in het verleden beïnvloed. In het centrum van elk sterrenstelsel bevindt zich een superzwaar zwart gat. Nadat ze een bepaalde omvang hebben overschreden, worden deze zwarte gaten actief, zenden ze grote hoeveelheden straling uit en worden ze quasars genoemd. Er wordt gedacht dat de activering van deze quasars te wijten is aan de aanwezigheid van enorme halo's van donkere materie (DMH) rond sterrenstelsels, die materie naar het centrum van de melkweg trekken en energie leveren voor het zwarte gat.
Een onderzoeksteam van de Universiteit van Tokio heeft ontdekt dat quasars, beïnvloed door de omringende halo van donkere materie, consistente activeringspatronen hebben door de geschiedenis van het universum. Dit onderzoek levert nieuwe inzichten op in de vorming en groei van zwarte gaten en de bredere evolutie van het universum.
Een team van onderzoekers, waaronder wetenschappers van de Universiteit van Tokio, heeft voor het eerst honderden oude quasars onderzocht en ontdekt dat dit gedrag door de geschiedenis heen opmerkelijk consistent is. Dit is verrassend omdat veel grootschalige processen gedurende de hele levensduur van het universum veranderen, waardoor de activeringsmechanismen van quasars gevolgen kunnen hebben voor de evolutie van het hele universum.
Halo's van donkere materie meten
Het meten van de massa van een halo van donkere materie is niet eenvoudig; het is een notoir ongrijpbare substantie, en het woord ‘materie’ is niet overdreven om het te beschrijven, omdat de werkelijke eigenschappen van donkere materie nog niet bekend zijn. We weten alleen dat het bestaat vanwege de zwaartekrachtinvloed op grote structuren zoals sterrenstelsels. Daarom kan donkere materie alleen worden gemeten door te kijken naar de zwaartekrachtinvloed ervan op dingen. Dit omvat de manier waarop donkere materie de beweging van objecten aantrekt of beïnvloedt, of het lenseffect (afbuiging van licht) van objecten achter een donkere materie-achtig gebied.
Deze uitdaging wordt zelfs nog groter op grotere afstanden, omdat het licht van verder weg gelegen, oudere verschijnselen erg zwak kan zijn. Maar dat heeft professor Nobuge Kashiwagawa van het Departement Sterrenkunde en zijn team er niet van weerhouden een al lang bestaande vraag in de astronomie te beantwoorden: hoe worden zwarte gaten geboren en hoe groeien ze?
Onderzoekers willen vooral vragen onderzoeken die verband houden met superzware zwarte gaten, het grootste soort zwarte gaten dat in het centrum van elk sterrenstelsel voorkomt. Het bestuderen ervan zou heel moeilijk zijn als het niet zo was dat sommige superzware zwarte gaten zo massief zijn dat ze extreem krachtige jets van materiaal of stralingsballen beginnen uit te stoten, en in beide gevallen worden wat we quasars noemen. Deze quasars zijn zo krachtig dat we ze nu met moderne technologie kunnen waarnemen, zelfs vanaf grote afstanden.
Onderzoeksresultaten en betekenis
Baichuan zei: ‘We hebben ongeveer 13 miljard jaar geleden voor het eerst de typische massa gemeten van de halo van donkere materie rond actieve zwarte gaten in het universum. We ontdekten dat de DMH-massa van quasars zeer stabiel is, ongeveer 10 biljoen keer de massa van de zon. We hebben de nieuwere massa rond quasars al gemeten. De DMH heeft metingen gedaan die opvallend veel lijken op wat we zien bij oudere quasars, wat interessant is omdat het laat zien dat er een karakteristieke DMH-massa is die lijkt te activeren. quasars, of het nu miljarden jaren geleden gebeurde of nu."
Verre quasars lijken zwak omdat het licht dat hen lang geleden heeft verlaten zich heeft verspreid, is geabsorbeerd door het tussenliggende materiaal en is uitgerekt tot bijna onzichtbare infrarode golflengten door de langdurige uitdijing van het universum. Daarom begonnen Hashikawa en zijn team in 2016 met het onderzoeken van de hemel met behulp van een verscheidenheid aan verschillende instrumenten, waarvan de Japanse Subaru-telescoop op Hawaï, VS, de belangrijkste is.
Kashiwakawa zei: ‘De verbeterde Subaru-telescoop kan verder kijken dan voorheen, maar we kunnen meer leren door internationale observatieprojecten uit te breiden. Het Vera-C-Rubin Observatorium in de Verenigde Staten en zelfs de dit jaar gelanceerde Euclid-satelliet van de Europese Unie zullen een groter bereik van de hemel scannen en meer DMH’s rond quasars ontdekken. We kunnen de relatie tussen sterrenstelsels en superzware zwarte gaten beter begrijpen. Dit kan ons helpen begrijpen hoe zwarte gaten ontstaan en groeien.’