Fra årtier med astronomiske observationer ved forskere, at de fleste galakser indeholder massive sorte huller på deres centre. Gas og støv, der falder ned i disse sorte huller, frigør en enorm mængde energi som et resultat af friktion, der danner lysende galaktiske kerner, kaldet kvasarer, der udviser jetfly af energisk stof.
Disse jetfly kan påvises med radioteleskoper op til store afstande. I vores lokale univers er disse radiobetter ikke ualmindelige, hvor der findes en lille brøkdel i nærliggende galakser, men de har forblevet undvigende i det fjerne, tidlige univers indtil nu.
Ved hjælp af en kombination af teleskoper har astronomer opdaget en fjern, to-lobet radiostråle, der spænder over en forbløffende 200.000 lysår: mindst dobbelt så vidt dobbelt så bredden på Mælkevejen. Dette er den største radiostråle nogensinde fundet dette tidligt i universets historie. Jet blev først identificeret ved hjælp af den internationale lavfrekvensarray (LOFAR) teleskop, et netværk af radioteleskoper i hele Europa.
Opfølgningsobservationer i det næsten infrarøde med Gemini nær-infrarød spektrograf (GNIRS), og i det optiske med hobby-eberly-teleskopet blev der opnået for at male et komplet billede af radiostråle og den kvasar, der producerede det. Disse fund er afgørende for at få mere indsigt i timingen og mekanismerne bag dannelsen af de første store jetfly i vores univers.
Gnirs er monteret på Gemini North Telescope, halvdelen af International Gemini Observatory, der drives af NSF Noirlab.
“Vi søgte efter kvasarer med stærke radioletter i det tidlige univers, hvilket hjælper os et papir, der præsenterer disse resultater i De astrofysiske tidsskriftsbreve.
Det er nødvendigt at bestemme egenskaberne for kvasaren, såsom dens masse og den hastighed, hvormed den forbruger stof, er nødvendig for at forstå dens dannelseshistorie. For at måle disse parametre kiggede teamet efter en bestemt bølgelængde af lys, der udsendes af kvasarer, kendt som MGII (magnesium) bredemissionslinjen.
Normalt vises dette signal i det ultraviolette bølgelængdeområde. På grund af udvidelsen af universet, der får det lys, der udsendes af kvasaren, skal “strækkes” til længere bølgelængder, ankommer Magnesium-signalet til Jorden i det næsten infrarøde bølgelængdeområde, hvor det kan detekteres med GNIR’er.
Quasaren, der hedder J1601+3102, dannede sig, da universet var mindre end 1,2 milliarder år gammel – bare 9% af sin nuværende alder. Mens kvasarer kan have masser milliarder af gange større end vores sol, er denne på den lille side, der vejer ind på 450 millioner gange solens masse. De dobbeltsidede jetfly er asymmetriske både i lysstyrke og den afstand, de strækker sig fra kvasaren, hvilket indikerer, at et ekstremt miljø kan påvirke dem.
“Interessant nok har den kvasar, der driver denne massive radiostråle, ikke en ekstrem sort hulmasse sammenlignet med andre kvasarer,” siger Gloudemans. “Dette ser ud til at indikere, at du ikke nødvendigvis har brug for et usædvanligt massivt sort hul eller akkretionsfrekvens for at generere så magtfulde jetfly i det tidlige univers.”
Den foregående mangel på store radioletter i det tidlige univers er blevet tilskrevet støj fra den kosmiske mikrobølgebaggrund-den altid tilstedeværende tåge af mikrobølgestråling tilbage fra Big Bang. Denne vedvarende baggrundsstråling mindsker normalt radiolyset for så fjerne genstande.
“Det er kun fordi dette objekt er så ekstremt, at vi kan observere det fra Jorden, selvom det virkelig er langt væk,” siger Gloudemans. “Dette objekt viser, hvad vi kan opdage ved at kombinere kraften i flere teleskoper, der fungerer ved forskellige bølgelængder.”
“Da vi begyndte at se på dette objekt, forventede vi, at den sydlige jet bare skulle være en ikke -relateret kilde i nærheden, og for det meste af det skulle være lille. Det gjorde det ganske overraskende, da Lofar -billedet afslørede store, detaljerede radiostrukturer,” siger Frits Sweijen, postdoktorisk forskningsassistent ved Durham University og medforfatter til papiret.
“Arten af denne fjerne kilde gør det vanskeligt at opdage ved højere radiofrekvenser, hvilket demonstrerer Lofar’s magt på egen hånd og dens synergier med andre instrumenter.”
Forskere har stadig et væld af spørgsmål om, hvordan radio-lyse kvasarer som J1601+3102 adskiller sig fra andre kvasarer. Det er stadig uklart, hvilke omstændigheder der er nødvendige for at skabe så kraftige radioletter, eller hvornår de første radioletter i universet blev dannet.
Takket være den samarbejdsstyrke i Gemini North, Lofar og Hobby Eberly -teleskopet er vi et skridt tættere på at forstå det gådefulde tidlige univers.