28.03.24: En ekstrem kvasar som er observert mer enn 12 milliarder lysårs unna oss slår flere astrofysiske rekorder: den er den mest lyssterke av alle de rundt 1 million kjente kvasarene, det mest lyssterke av alle kjente objekter, den har den største akkresjonsskiven vi kjenner i Universet og den største matlysten av alle sorte hull som er undersøkt.

av Knut Jørgen Røed Ødegaard

Kunstnerisk fremstilling av rekordkvasaren J059-4351 - det mest lyssterke objektet vi vet om i Universet. Kvasaren skyldes et superstort sort hull i kjernen av en fjern galakse. Det sorte hullet slurper i seg masse tilsvarende Solens hver eneste dag og er omgitt av den største akkresjonsskiven vi kjenner til.
Illustrasjon: ESO/M. Kornmesser

I sentrum av galaksene finnes sorte hull med masser millioner til milliarder ganger Solens. Når disse superhullene suger til seg masse fra omgivelsene (gasskyer, stjerner og planeter), virvles stoffet i spiral rundt hullet og varmes kraftig opp slik at gassen lyser intenst. Det betyr at kjernen til en ellers ganske ordinær galakse kan sende ut 1000 ganger mer energi enn hele Melkeveien med sine 400 milliarder stjerner. Dette fenomenet kalles en kvasar og ble oppdaget i 1962. I dag kjenner vi til omkring en million kvasarer, og kvasarer er blant de aller mest lyssterke fenomenene i Universet.

Mens hele galaksen kan være 50 – 100 000 lysår i diameter, kommer lyset fra en kvasar fra et kjerneområde som ikke behøver å være særlig mye større enn Solsystemet, som er 0,001 lysår bredt! Lysstyrken avhenger av hvor mye masse superhullet er i stand til å slurpe i seg – jo mer masse pr. døgn, jo større lysstyrke.

Mest ekstrem av de ekstreme

Selv om kvasarene er ekstreme, er det få som kan måle seg med kvasaren som nå er identifisert. Den kunne faktisk vært oppdaget for mange år siden, men gikk under radaren nettopp pga. sin ekstreme lysstyrke. Forskerne bruker dataprogrammer for automatisk gjenkjenning av kvasarer på store bilder av fjerne regioner i Universet. Den aktuelle kvasaren var imidlertid så ekstrem at programvaren feilidentifiserte den som en stjerne i Melkeveien.

Det var først da forskerne benyttet det 2,3 meter store ANU-teleskopet ved Siding Spring Observatory i Australia de oppdaget at objektet er en kvasar. Men langt større instrumenter var nødvendig for å undersøke kvasaren nærmere, og det var data fra X-shooter-spektrografen på ESOs VLT-anlegg i Atacama-ørkenen i Chile som beviste kvasarens rekordegenskaper. Første gang vi vet at kvasaren ble observert var på bildene til ESOs Schmidt Southern Sky Survey helt tilbake fra 1980.

X-shooter-instrumentet på VLT-teleskopene måler spektret til objekter fra ultrafiolett til nærinfrarødt på en gang og med stor følsomhet og spektraloppløsning.
Foto: ESO

Rekordene

Kvasaren som kalles J0529-4351, befinner seg over 12 milliarder lysår unna oss (lyset har brukt over 12 milliarder år på å nå oss). Lysstyrken er over 500 billioner ganger Solens og er med det det mest lyssterke objektet vi kjenner i Universet. Det eneste unntaket er gammaglimt, men de lyser bare i opptil noen få minutter.

Massen til det sorte hullet som forårsaker kvasaren er 17 milliarder ganger Solens (rekorden er 66 milliarder solmasser, og i løpet av et døgn sluker det masse tilsvarende litt mer enn Solens, noe som er rekord for alle kjente sorte hull. Det sorte hullet er mer enn 10 ganger større i diameter enn Solsystemet ut til Neptuns bane.

Masse som nærmer seg sorte hull, enten det er fra gasskyer, stjerner eller planeter, blir dratt utover og begynner å virvle rundt hullet – det dannes en såkalt akkresjonsskive. Lyset fra kvasar J0529-4351 kommer fra dens akkresjonskive, og den ekstreme lysstyrken tyder da på at skiven er hele 7 lysår i diameter – den største vi vet om i Universet. Diameteren tilsvarer 15 000 ganger avstanden mellom Solen og Neptun.

Hvordan ble de første superhullene til?

Observasjonene viser at superhull kan fortære enorme mengder materiale på kort tid og kan dermed være en brikke i å forstå hvordan de første superstore sorte hullene ble til. Med Webb-teleskopet er det funnet flere sorte hull med mange millioner ganger Solens masse og som eksisterte bare noen hundre millioner år etter Big Bang.

Kunstnerisk fremstilling av et av de fjerneste supertunge sorte hullene som er oppdaget. Selv om vi ser tilbake til 690 millioner år etter Big Bang, hadde superhullet rukket å vokse til 800 millioner ganger Solens masse!
Illustrasjon: Robin Dienel/Carnegie Institution for Science

En teori sier at det den gangen fantes supermasserike stjerner som raskt kollapset og dannet spirene til det som skulle bli superhull. I fjor ga nye observasjoner gjort med Webb-teleskopet bevis for at dette kan være forklaringen og at disse kosmiske ur-superstjernene faktisk kan ha eksistert.

Speilet kutt gjennom det indre av en simulert eksplosjon av en supertung stjerne med 55 500 solmasser ett døgn etter starten av eksplosjonen. Størrelsen tilsvarer på det tidspunktet omtrent Jordens bane rundt Solen.
Illustrasjon: K.-J. Chen

En av de store utfordringene med å forstå hvordan de første superhullene kunne oppstå, er å forklare hvordan de kunne vokse så raskt. Rekordkvasaren J059-4351 demonstrerer ekstremt rask vekst, og fremtidige observasjoner gjort med gigant-teleskoper som er under bygging kan gi oss detaljert informasjon om de fysiske prosessene som gjør slik supervekst mulig.

Bildet viser området på himmelen der den rekordknusende kvasaren J0529-4351 befinner seg. Ved å bruke ESOs Very Large Telescope (VLT) i Chile, ble denne kvasaren vist å være det mest lyssterke objektet vi kjenner i hele Universet. Bildet er hentet fra bildene som danner grunnlaget for Digitized Sky Survey 2, mens det lille bildet viser posisjonen til kvasaren på et bilde tatt med Dark Energy Survey.
Foto: ESO/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey

MER INFORMASJON

Artikkel i forskningstidsskriftet Nature

Pressemelding fra ESO

Phys.org: The brightest object in the universe is a black hole that eats a star a day

Phys.org: Brightest and fastest-growing: Astronomers identify record-breaking quasar