Röntgenbild des Chandra Deep Field-North. Bildnachweis: NASA / PSU Zum Vergrößern anklicken
Daten aus Röntgenbeobachtungsuntersuchungen zeigen, dass Schwarze Löcher viel zahlreicher sind und sich anders entwickelt haben, als Forscher erwartet hätten, so ein Astronom aus Penn State.
"Wir wollten eine Volkszählung aller Schwarzen Löcher und wir wollten wissen, wie sie sind", sagte Niel Brandt, Professor für Astronomie und Astrophysik. "Wir wollten auch messen, wie schwarze Löcher in der Geschichte des Universums gewachsen sind."
Brandt und andere Forscher haben genau das getan, indem sie einen Himmelsfleck auf der Nordhalbkugel namens Chandra Deep Field-North mit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und einem ähnlichen Fleck auf der Südhalbkugel namens Extended Chandra Deep Field-South untersucht haben . Umfragen werden auch in anderen Teilen des Himmels sowohl mit Chandra als auch mit der Röntgen-Multi-Mirror-Mission Newton der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführt.
Die Forscher untersuchten Röntgenemissionen, da Bereiche um Schwarze Löcher sowohl Röntgenstrahlen als auch sichtbares Licht emittieren. Die durchdringende Natur von Röntgenstrahlen bietet eine direkte Möglichkeit, die Schwarzen Löcher zu identifizieren. Die Verwendung von Röntgenstrahlen ermöglicht es Astronomen auch, die Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien zu lokalisieren, ohne dass ihr Signal durch das sichtbare Licht der Sterne einer Galaxie ausgewaschen wird, sagte Brandt den Teilnehmern auf der Jahrestagung der American Association for the Advancement of Science in St. Louis, Mo., 17. Februar. Die von ihnen untersuchten Schwarzen Löcher befanden sich in den Zentren von Galaxien und emittieren aktiv Röntgenstrahlen. Daher werden sie als aktive galaktische Kerne bezeichnet.
"Wir finden aktive supermassive Schwarze Löcher in den Zentren massereicher Galaxien", sagte Brandt. „Unsere Galaxie hat auch ein eigenes Schwarzes Loch in ihrem Zentrum, das 2,6 Millionen Sonnenmassen misst. Unser Schwarzes Loch ist heute nicht aktiv, aber wir gehen davon aus, dass es in der Vergangenheit aktiv war. “
Diese tiefen, extragalaktischen Röntgenuntersuchungen untersuchten sorgfältig ausgewählte Himmelsflecken, die weitgehend frei von allem sind, was die Erfassung der Röntgendaten beeinträchtigen könnte. Chandra betrachtete das Chandra Deep Field-North - eine Fläche von zwei Dritteln der Größe des Vollmonds - über einen Zeitraum von zwei Jahren von 23 Tagen. Die Forscher entdeckten etwa 600 Röntgenquellen. Nach dem Vergleich der Röntgenbilder mit optischen Bildern genau derselben Himmelsscheibe, die vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurden, entsprachen fast alle 600-Punkt-Quellen optischen Galaxien, was darauf hindeutet, dass sich die schwarzen Löcher befanden, die Quellen für die Röntgensignatur waren die Zentren der Galaxien.
"Röntgenastronomen sind bei der Identifizierung dieser aktiven galaktischen Kerne um den Faktor zehn besser als alle anderen", sagte Brandt. "Mit mehr Zeit könnten wir es noch besser machen und noch tiefer gehen."
Die Forscher fanden heraus, dass supermassive Schwarze Löcher zahlreicher sind, als wir erwartet hätten. Sie fanden auch heraus, dass sich Schwarze Löcher anders entwickelten als Astronomen, die vor der Chandra-Arbeit erwartet wurden. Aus den 600 von Chandra gefundenen Schwarzen Löchern extrapoliert Brandt, dass es am ganzen Himmel etwa 300 Millionen supermassive Schwarze Löcher gibt.
Die Existenz so vieler Schwarzer Löcher bestätigte, dass das, was einst als wirklich diffuse kosmische Röntgenhintergrundstrahlung galt, tatsächlich aus Punktquellen stammt.
In den 1960er Jahren entdeckten Astronomen in galaktischen Zentren Quasare, sehr weit entfernte, hoch leuchtende Schwarze Löcher. Quasare, ursprünglich als quasi-stellare Radioquellen bezeichnet, wurden intensiv untersucht. Die Forscher erkannten bald, dass nur einige dieser Objekte Funksender waren und sich früh in der Geschichte des Universums bildeten.
"Während Quasare spektakulär sind, sind sie nicht repräsentativ für typische aktive galaktische Kerne", sagte Brandt. "Mit Chandra und anderen Röntgenobservatorien können wir jetzt die typischen aktiven galaktischen Kerne mit mäßiger Leuchtkraft im fernen Universum mit hoher Rotverschiebung finden und untersuchen."
Quasare und aktive galaktische Kerne mit mäßiger Leuchtkraft entwickelten sich ebenfalls unterschiedlich. Quasare sind ein Phänomen junger Galaxien, während aktive galaktische Kerne mit mäßiger Leuchtkraft später in der kosmischen Zeit ihren Höhepunkt erreichten.
"Wir möchten wissen, ob sich aktive galaktische Kerne im Laufe der kosmischen Zeit verändern", sagte Brandt. "Füttern und wachsen Schwarze Löcher in der Geschichte des Universums auf die gleiche Weise?"
Die Forscher untersuchten die relative Menge an Leistung, die in Röntgenstrahlen im Vergleich zu anderen Wellenlängen austritt, und stellten fest, dass sich dieses Verhältnis über einen Zeitraum von 13 Milliarden Jahren nicht ändert. Sie betrachteten die Röntgenspektren und stellten fest, dass sich diese auch im Laufe der Zeit nicht änderten.
"Trotz der enormen Veränderungen in der Raumdichte der hinteren Löcher sind die einzelnen Motoren, die aktive galaktische Kerne antreiben, bemerkenswert stabil", sagte Brandt.
Brandt glaubt, dass Chandra das Chandra Deep Field-North über einen längeren Zeitraum beobachten und sensiblere, tiefere Daten erhalten könnte. Dies würde Galaxien ans Licht bringen, die derzeit verdeckt sind. Es würde auch mehr Röntgenstrahlen sammeln, was bessere Röntgenspektral- und Variabilitätsanalysen ermöglicht. Mit empfindlicheren Untersuchungen entdecken die Forscher auch eine zunehmende Anzahl nicht aktiver Galaxien wie unsere.
"Chandra arbeitet seit sechs Jahren gut", sagte Brandt. "Es gibt keinen Grund, warum Chandra und Newton noch 10 oder mehr Jahre nicht weiter beobachten können."
Originalquelle: PSU-Pressemitteilung
