Quasars zijn zo gek nog niet
Astronoom Peter Barthel blijkt eindelijk gelijk te hebben met een theorie van 26 jaar geleden, die het raadsel achter de werking van quasars moest oplossen.
Quasars werden begin jaren 60 ontdekt en riepen veel vragen op: hoe konden ze miljarden keer zo helder zijn als de zon? Hoe konden ze materiestromen uitzenden die sneller leken te gaan dan het licht?
Terwijl de gekste theorieën de ronde deden, publiceerde Barthel in 1989 zijn unificatietheorie.
Die theorie stelde dat quasars ‘maar’ gewone radiosterrenstelsels zijn, maar dan gezien vanuit een andere hoek.
Nieuwe metingen met een ruimtetelescoop wijzen uit dat quasars precies dezelfde infraroodstraling afgeven als het stof van een actief radiosterrenstelsel.
Dat het lijkt alsof de materiestromen van quasars sneller gaan dan het licht, komt doordat het stof rechtstreeks in onze richting wordt uitgespuwd.
Met deze ontdekking zijn overigens nog niet alle raadsels rond quasars opgelost: het blijft gissen waarom quasars eens in de 10 miljoen jaar aan- en uitgaan.
Leestijd: 6 minuten (1035 woorden)
‘Vergeet die quasars. Ga je maar specialiseren in astrobiologie’, zegt quasarspecialist professor Peter Barthel soms tegen zijn studenten. ‘Dat is het meest sexy onderwerp van dit moment.’
De ontwikkelingen in het onderzoek naar leven op andere planeten gaan razendsnel, aldus de RUG-astronoom. Maar tegelijk zijn er nog talloze vragen die om een antwoord smeken. Dát is waar je je als jonge astronoom op wilt richten.
Ook hij koos voor het hotste onderwerp dat er te vinden was, toen hij aan het begin stond van zijn carrière. Toen waren dat quasars: extreem heldere lichtbronnen die er op het eerste gezicht uitzien als gewone sterren, maar zo ver weg – aan de rand van het heelal – staan dat ze in feite net zo veel licht uitstralen als duizend sterrenstelsels samen.
‘Quasi stellair’
De eerste werd begin jaren 60 ontdekt en al snel volgden er meer. Ze kregen de naam ‘quasi stellair object’ – quasar dus. Maar wat ze waren? Hoe ze werkten? Het leek onmogelijk dat een object zo helder kon zijn – miljarden keer zo lichtsterk als onze zon. En dan was er nog dat andere probleem: dat veel quasars materiestromen uitzenden die sneller gaan dan het licht. En dat kán dus helemaal niet.
De gekste theorieën deden de ronde – quasars zouden bijvoorbeeld explosies zijn in de kern van een melkwegstelsel, en in elk geval heel speciale objecten. De jonge Peter Barthel stortte zich in het debat met zijn eigen ‘unificatietheorie’. Zijn stelling: die bijzondere quasars zijn eigenlijk helemaal niet zo bijzonder. Het zijn ‘gewone’ radiosterrenstelsels – stelsels die naar weerszijden wolken straling uitzenden, die je eigenlijk alleen met radiotelescopen kunt waarnemen. Het enige verschil is de hoek waaronder je ernaar kijkt. Hij publiceerde het idee in 1989 en kreeg veel bijval. Maar toch, het bleef een theorie.
Herschel
Nu, 26 jaar na dato, lijkt toch echt de laatste twijfel weggenomen. Analyse van metingen van ruimtetelescoop Herschel door Barthels promovendus Pece Podigachoski laat zien dat de infraroodstraling die een quasar afgeeft precies is wat je zou verwachten bij het stof van een gewoon, actief radiosterrenstelsel. ‘Hij doet precies wat hij moet doen’, zegt Barthel. ‘Kortom: nu begrijpen we weer veel meer; we snappen alleen nog niet hoe ze aan- en uitgaan.’
Afgelopen week publiceerde het tweetal met hun Duits-Amerikaanse team het resultaat van hun analyse in The Astrophysical Journal Letters.
Maar hoe is het mogelijk dat sterrenstelsels zich zo verschillend kunnen voordoen dat ze astronomen tientallen jaren voor de gek hebben gehouden?
Zwart gat
Dat is eigenlijk heel simpel. ‘Een sterrenstelsel, íeder sterrenstelsel, inclusief onze eigen Melkweg, heeft een zwart gat in het midden’, legt Barthel uit. ‘Hoe groter het sterrenstelsel, hoe groter ook het zwarte gat. Zo’n superzwaar zwart gat trekt materie aan uit de verre omgeving – gas en kosmisch stof – dat er als een grote autoband omheen gaat draaien.’
Dat kosmische stof zit vol multi-atomige moleculen – koolstof, silicium of zuurstof – die gaan trillen als er licht opvalt. Rondom het zwarte gat, binnen die autoband, ontstaat een hete accretieschijf die heel fel gloeit. Die energie verwarmt het stof, dat vervolgens ook warm wordt. Tegelijk ontstaat er druk door de materie die naar het zwarte gat valt. Dat creëert weer de straalpijp of jet, die geladen deeltjes wegspuit van het zwarte gat en aan weerszijden radiowolken vormt.
‘Kijk je nu op de rand van de autoband, dan blokkeert die de felle straling, maar je ziet wel het opgewarmde stof. Er is dan geen lichtbron te zien, maar wel zie je de radiowolken die aan weerszijden worden uitgestoten’, zegt Barthel.
Anders wordt het wanneer je de platte kant van de accretieschijf ziet. De autoband werkt dan als een soort kader voor de felle straling. Maar de warmtestraling is er wel en die werd gedetecteerd door Herschel, precies zoals voorspeld.
Sneller dan het licht
Zelfs dat andere raadsel, van die deeltjes die sneller zouden reizen dan het licht, is verklaarbaar. Want er is een theorie die stelt dat als de materie die de quasar uitspuugt recht op je af komt, het kan lijken alsof die sneller reist dan het licht.
Alle stappen die je kunt zetten om een theorie te bewijzen zijn gezet, zegt Barthel. Studie van röntgenstraling, van radiostraling en nu van het infrarood dat de quasars afgeven, resulteren allemaal in hetzelfde beeld. Het enige wat níet kan, is ‘om het hoekje’ kijken. Maar dat hoeft ook niet echt. ‘We snappen het gewoon. Infrarood heeft het laatste gordijn van deze wonderlijke objecten opengetrokken.’
Puzzel opgelost. En nu?
Barthel aarzelt. ‘We weten wat het zijn,’ zegt hij. ‘Dat wel. Maar zo’n quasar staat gedurende zo’n tien miljoen jaar ‘aan’. Daarna is er geen materie meer dat door het zwarte gat wordt aangetrokken. Maar wat het is dat ervoor zorgt dat een quasar aangaat, of weer uit? Dat weten we niet. Een raadsel. Het zou geweldig zijn om dat een keer te zien gebeuren.’
Zeldzame gebeurtenis
Die kans is echter bijzonder klein. De accretieschijf rond een zwart gat is namelijk klein, althans, voor astronomische begrippen: maar een paar lichtjaar in doorsnee. En zoveel quasars zijn er ook weer niet, slechts een paar duizend. Maar dat aan- of uitschakelen van een quasar is een zeldzame gebeurtenis die per quasar maar eens in de tien miljoen jaar plaatsvindt.
Kortom: het is wachten op pure mazzel. Op dat moment dat je een foto hebt van een stukje van de hemel, waar de ene dag nog niets te zien is en het andere moment een quasar. En dat betekent dat je moet monitoren. Het allerliefst met veel mensen tegelijk.
Het grote publiek
Misschien, hoopt Barthel, is het iets waarbij het grote publiek een bijdrage kan leveren. Steeds meer sterrenkundeprojecten werken met citizen science. Burgers stellen dan een deel van de rekenkracht van hun computer beschikbaar om gegevens mee te verwerken. Of ze analyseren zelf in hun vrije tijd foto’s van het heelal.
En misschien, héél misschien, levert het wat op. ‘Je zou een stipje zien op een foto dat er een jaar eerder nog niet was. En dat stipje wordt dan langzaam feller.’
Maar er is nog een ander probleem. Er zijn ook quasi-sterren aan de hemel zónder radiostraling. En wat je zou zien als je die bekijkt onder een andere hoek weet helemaal niemand. ‘Volgende puzzel.’