Tientallen quasars uit vroege heelal ontdekt: ‘We zitten op de rand van wat mogelijk is’

De Euclid-ruimtetelescoop heeft 31 quasars uit het vroege, prille heelal ontdekt. Waaronder de twee verste en oudste exemplaren ooit gevonden. De nieuwe recordhouder bestond al toen het universum slechts 670 miljoen jaar oud was.

De Europese ruimtetelescoop Euclid heeft een opmerkelijke ontdekking gedaan: 31 quasars die dateren uit de eerste 800 miljoen jaar van het heelal. Het betreft de heldere kernen van sterrenstelsels, aangedreven door superzware zwarte gaten die materie verslinden. Twee van deze objecten zijn nu officieel de verste en oudste quasars die ooit zijn waargenomen; hun licht deed er ruim 13 miljard jaar over om ons te bereiken. De resultaten van het onderzoek, uitgevoerd door een internationaal team onder leiding van promovendus Daming Yang van Sterrewacht Leiden, zijn vandaag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy & Astrophysics.

Een artistieke impressie van een quasar. Materie stroomt in een spiraalvorm naar het centrale superzware zwarte gat, waarbij een schijf en een krachtige straalstroom ontstaan. Quasar-stelsels zijn de helderste objecten in het universum en schijnen honderden tot duizenden keren feller dan gewone sterrenstelsels of Seyfert-stelsels. Afbeelding: ESA

Wil je niets van Scientias missen? Voeg Scientias toe als voorkeursbron op Google dan zie je al onze verhalen!

Meer dan een verdubbeling van het aantal bekende exemplaren

Quasars zijn de helderste objecten in het universum en kunnen schijnen met de kracht van een biljoen sterren. Ze ontstaan wanneer een superzwaar zwart gat in het centrum van een sterrenstelsel grote hoeveelheden materie aantrekt. Het materiaal warmt hierbij enorm op en er komt een onvoorstelbare hoeveelheid energie vrij. Wetenschappers zijn al jaren op jacht naar de meest verre quasars, omdat deze objecten dienen als vensters naar het vroege heelal. Ze onthullen hoe de eerste superzware zwarte gaten en sterrenstelsels zijn ontstaan en gegroeid. Tot nu toe waren er echter slechts negen quasars bekend met een roodverschuiving (z-waarde) van 7 of hoger, een maat voor afstand die aangeeft hoe ver we terug in de tijd kijken. Dankzij Euclid is dat aantal nu meer dan verdubbeld. De telescoop heeft maar liefst 12 nieuwe exemplaren aan die verzameling toegevoegd.

Een diagram dat de relatie toont tussen de roodverschuiving en de absolute helderheid (M1450) van de nieuw ontdekte quasars. De rode vierkanten zijn de 31 Euclid-exemplaren, die zich opvallend veel in het zwakkere helderheidsgebied bevinden in vergelijking met eerder bekende quasars (grijze vierkanten). Ter vergelijking zijn ook andere populaties weergegeven, zoals Lyman-break-sterrenstelsels (gele cirkels) en zwakke actieve kernen ontdekt met de Webb-ruimtetelescoop (groene driehoeken). De schaal aan de rechterzijde geeft de bijbehorende totale energie-output van deze objecten weer. AFbeelding: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA en

Twee recordbrekers in het piepjonge heelal

Twee van de nieuw ontdekte objecten springen eruit: EUCL J172902.75+641018.1 en EUCL J125308.55+705432.3. Ze hebben een roodverschuiving van respectievelijk 7,77 en 7,69, waarmee ze het vorige record uit 2021 verbreken. Deze quasars bevinden zich op meer dan 13 miljard lichtjaar van de aarde en bestonden toen het heelal nog maar 670 miljoen jaar oud was, ongeveer vijf procent van de huidige leeftijd van 13,8 miljard jaar. “Deze quasars dateren uit de kindertijd van het heelal,” zegt hoofdauteur Daming Yang. “Door ze te bestuderen kunnen we beter begrijpen hoe dit soort enorme systemen zo snel zijn ontstaan en gegroeid. Vooralsnog is dat een groot vraagstuk in de astrofysica”.

15 van de 31 verre quasars die met de Euclid-ruimtetelescoop zijn ontdekt. De quasars zijn te zien als de stipjes in het midden van elke afbeelding. Foto’s: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, bewerking: Euclid Science Ground Segment/Antoine Basset (CNES)

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook: Hubble werpt de meest gedetailleerde blik ooit op een quasar (en ontdekt veel ‘vreemde dingen’) en Verre quasars verklappen dat de tijd 13 miljard jaar geleden veel trager ging. Of lees dit artikel: Na 60 jaar is de mysterieuze oorsprong van de quasar dan eindelijk ontrafeld.

Een kijkje in de kosmische kraamkamer

Het belang van deze ontdekking reikt verder dan alleen het vestigen van een record. De quasars dateren uit een cruciale periode in de kosmische geschiedenis: het zogeheten reïonisatietijdperk. Dit was de tijd waarin de eerste sterren en sterrenstelsels het heelal veranderden van een koude, donkere plek in een doorzichtig, geïoniseerd universum. De ontdekte quasars kunnen als loodsen worden gebruikt om dit proces te bestuderen. Bovendien is de op één na verste quasar onlangs in meer detail onderzocht. Uit die waarnemingen blijkt dat de quasar is ingebed in een sterrenstelsel dat rijk is aan gas en stof en waarin in hoog tempo nieuwe sterren worden gevormd. Dit biedt astronomen een eerste glimp van hoe het ‘gaststerrenstelsel’ van een superzwaar zwart gat er in die vroege tijden uitzag. Het feit dat deze systemen al zo massief en actief konden zijn, is een raadsel dat de huidige modellen voor de groei van zwarte gaten op scherp stelt.

Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Euclid, de ultieme quasarjager

Het succes is te danken aan de unieke eigenschappen van de Euclid-telescoop, die in juli 2023 werd gelanceerd. Waar eerdere grondgebonden telescopen niet diep of grootschalig genoeg konden kijken, combineert Euclid een aanzienlijk gezichtsveld met een ongekende gevoeligheid in het nabij-infrarood. Hierdoor kan hij quasars detecteren die tien tot honderd keer zwakker zijn dan voorheen mogelijk was. “Dit resultaat toont de kracht van Euclid’s waarnemingen in het nabij-infrarood”, zegt Henk Hoekstra, hoogleraar aan Sterrewacht Leiden en medeauteur van de studie. “Tijdens de voorbereidingen van de missie werd al duidelijk dat het een prima zoekmachine voor verre quasars zou moeten zijn. Nu hebben we die bevestiging.” De gebruikte gegevens bestrijken een gebied van 1.900 vierkante graden aan de hemel, een gebied ter grootte van zo’n 10.000 volle manen. Het uiteindelijke, zesjarige onderzoek moet nog honderden andere verre quasars gaan opleveren, waaronder mogelijk de eerste met een roodverschuiving van meer dan 8. Die objecten bestonden toen het universum nog minder dan 640 miljoen jaar oud was.

Een projectie van het hemelgebied dat door de Euclid Wide Survey is bestreken, met de posities van de nieuw ontdekte quasars. De beige vlakken tonen het gebied dat tot augustus 2025 is waargenomen; de lichtblauwe vlakken vertegenwoordigen het volledige onderzoeksbereik dat tegen 2030 verwacht wordt. De rode punten markeren de locaties van de 31 door Euclid gevonden quasars. Afbeelding: ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA en D. Yang et al. – A&A, 711, A104 (2026)

Leestip: Eerste kleurenfoto’s van Euclid-telescoop zijn binnen en astronomen zijn verbluft: zulke haarscherpe beelden van de kosmos hebben ze nog nooit gezien of Nu al indrukwekkend: Euclid-telescoop brengt met eerste reeks data 380.000 sterrenstelsels in kaart.

Op de rand van het waarneembare

Met deze ontdekkingen betreden astronomen nieuw terrein. De immense zwaartekracht en energie van deze quasars, gecombineerd met hun hoge leeftijd, dagen de huidige theorieën over de vroege evolutie van het universum uit. “We zitten hiermee op de rand van wat waarneemtechnisch mogelijk is,” aldus Huub Röttgering, eveneens hoogleraar in Leiden en medeauteur van de studie. “Euclid laat ons zien hoeveel quasars er überhaupt zijn in het vroege universum. Onze huidige modellen hebben moeite om te verklaren hoe sterrenstelsels en zwarte gaten zo snel zo enorm zwaar konden worden. Hiermee kunnen we beginnen om een oplossing te vinden.”

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: