Aus jahrzehntelangen astronomischen Beobachtungen wissen Wissenschaftler, dass die meisten Galaxien massive schwarze Löcher in ihren Zentren enthalten. Das in diese schwarze Löcher fallende Gas und Staub befreien eine enorme Menge an Energie infolge der Reibung und bilden leuchtende galaktische Kerne, die als Quasare bezeichnet werden und die Jets mit energetischer Materie vertreiben. Diese Jets können mit Funkeleskopen bis in große Entfernungen erkannt werden. In unserem lokalen Universum sind diese Radiojets nicht ungewöhnlich, wobei in der Nähe von Galaxien ein kleiner Bruchteil zu finden ist, aber sie sind bisher im fernen, frühen Universum schwer fassbar.
Mit einer Kombination von Teleskopen haben Astronomen einen entfernten, zweilappigen Radiojet entdeckt, der mindestens erstaunliche 200.000 Lichtjahre umfasst-doppelt so hoch wie die Milchstraße. Dies ist der größte Radiojet, der jemals so früh in der Geschichte des Universums gefunden wurde.* Der Jet wurde erstmals mit dem International Low Frequency Array (LOFAR) Teleskop, einem Netzwerk von Radioteleskopen in ganz Europa, identifiziert.
Follow-up-Beobachtungen im Nahinfrarot mit dem Gemini-Nahinfrarot-Spektrograph (GNIRs) und im optischen Hobby-Eberly-Teleskop wurden ein komplettes Bild des Funkstrahls und des Quasars erstellt. Diese Ergebnisse sind entscheidend, um mehr Einblicke in das Timing und die Mechanismen hinter der Bildung der ersten großflächigen Jets in unserem Universum zu erhalten.
Gnirs ist am Gemini North Telescope montiert, eine Hälfte des internationalen Gemini Observatory, das teilweise von der US National Science Foundation (NSF) finanziert und von NSF Noirlab betrieben wird.
„Wir suchten nach Quasaren mit starken Radiojets im frühen Universum, was uns hilft, zu verstehen, wie und wann die ersten Jets gebildet werden und wie sie sich auf die Entwicklung von Galaxien auswirken“ Das Papier, das diese darstellt, führt in den Astrophysical Journal Letters.
Die Bestimmung der Eigenschaften des Quasars, wie der Masse und der Rate, mit der er Materie verbraucht, ist notwendig, um seine Bildungsgeschichte zu verstehen. Um diese Parameter zu messen, suchte das Team nach einer spezifischen Wellenlänge des Lichts, das von Quasaren, die als MGII (Magnesium) breite Emissionslinie bezeichnet werden, emittiert. Normalerweise erscheint dieses Signal im ultravioletten Wellenlängenbereich. Aufgrund der Ausdehnung des Universums, das das vom Quasar emittierte Licht zu längeren Wellenlängen „gedehnt“ wird, kommt das Magnesiumsignal in der Erde im Nahinfrarot-Wellenlängenbereich an, wo es mit Gnirs nachweisbar ist.
Der Quasar mit dem Namen J1601+3102 wurde gebildet, als das Universum weniger als 1,2 Milliarden Jahre alt war – nur 9% seines aktuellen Alters. Während Quasare milliarden Male größer sind als die unserer Sonne, ist diese auf der kleinen Seite und wiegt 450 Millionen Mal die Masse der Sonne. Die doppelseitigen Jets sind sowohl in der Helligkeit als auch in der Entfernung, die sie vom Quasar erstrecken, asymmetrisch, was darauf hinweist, dass eine extreme Umgebung sie beeinflusst.
„Interessanterweise hat der Quasar, der diesen massiven Radiojet anträgt, keine extreme Schwarze Lochmasse im Vergleich zu anderen Quasaren“, sagt Gloudemans. „Dies scheint darauf hinzudeuten, dass Sie nicht unbedingt ein außergewöhnlich massives Schwarzloch oder eine Akkretionsrate benötigen, um im frühen Universum solche leistungsstarken Jets zu erzeugen.“
Der vorherige Mangel an großen Funkjets im frühen Universum wurde auf Rauschen aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund zurückgeführt-dem allgegenwärtigen Nebel der Mikrowellenstrahlung, die aus dem Urknall übrig geblieben ist. Diese anhaltende Hintergrundstrahlung verringert normalerweise das Funklicht solcher entfernten Objekte.
„Nur weil dieses Objekt so extrem ist, dass wir es von der Erde beobachten können, obwohl es wirklich weit weg ist“, sagt Gloudemans. „Dieses Objekt zeigt, was wir entdecken können, indem wir die Leistung mehrerer Teleskope kombinieren, die bei verschiedenen Wellenlängen funktionieren.“
„Als wir uns mit diesem Objekt anfingen, erwarteten wir, dass der südliche Jet nur eine unabhängige Quelle in der Nähe ist, und damit das meiste davon klein ist. Das machte es ziemlich überraschend, als das LOFAR -Bild große, detaillierte Funkstrukturen enthüllte“ SWEIjen, Postdoktorand der wissenschaftliche Mitarbeiter an der Durham University und Co-Autor des Papiers. „Die Art dieser entfernten Quelle macht es schwierig, bei höheren Funkfrequenzen zu erkennen und die Kraft von Lofar selbst und ihre Synergien mit anderen Instrumenten zu demonstrieren.“
Wissenschaftler haben immer noch eine Vielzahl von Fragen darüber, wie sich Radio-Briten-Quasare wie J1601+3102 von anderen Quasaren unterscheiden. Es bleibt unklar, welche Umstände erforderlich sind, um so leistungsstarke Radiojets zu erstellen oder wann die ersten Funkgeräte im Universum gebildet wurden. Dank der kollaborativen Kraft von Gemini North, Lofar und dem Hobby Eberly Telescope sind wir dem Verständnis des rätselhaften frühen Universums einen Schritt näher.
Notiz
* Ein Beispiel für einen im nahe gelegenen Universum gefundenen Monster-Radio-Jet ist der 23-Millionen-Licht-Jahr mit dem Namen Porphyrion, der 6,3 Milliarden Jahre nach dem Urknall beobachtet wurde.
