Röntgenfoto van de Chandra Deep Field-North. Afbeelding tegoed: NASA / PSU Klik om te vergroten
Gegevens van röntgenobservatoriumonderzoeken tonen aan dat zwarte gaten veel talrijker zijn en anders evolueren dan onderzoekers hadden verwacht, volgens een astronoom van Penn State.
'We wilden een telling van alle zwarte gaten en we wilden weten hoe ze zijn', zegt Niel Brandt, hoogleraar astronomie en astrofysica. 'We wilden ook meten hoe zwarte gaten zijn gegroeid in de geschiedenis van het heelal.'
Brandt en andere onderzoekers hebben precies dat gedaan door te kijken naar een stukje lucht op het noordelijk halfrond, het Chandra Deep Field-North genaamd, met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory en een vergelijkbare plek op het zuidelijk halfrond, het Extended Chandra Deep Field-South . Enquêtes worden ook uitgevoerd in andere delen van de lucht met zowel Chandra als de X-ray Multi-Mirror Mission-Newton van de European Space Agency.
De onderzoekers keken naar röntgenemissies omdat gebieden rond zwarte gaten zowel röntgenstraling als zichtbaar licht uitzenden. Het doordringende karakter van röntgenstralen biedt een directe manier om de zwarte gaten te identificeren. Door röntgenstralen te gebruiken, kunnen astronomen ook de zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels lokaliseren zonder dat hun signaal wordt uitgewassen door het zichtbare licht dat afkomstig is van de sterren van een sterrenstelsel, vertelde Brandt de aanwezigen tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de American Association for the Advancement of Science in St. Louis, ma. 17 februari. De zwarte gaten die ze bestudeerden, waren die die zich in de centra van sterrenstelsels bevinden en actief röntgenstralen uitzenden, daarom worden ze actieve galactische kernen genoemd.
"We vinden actieve supergrote zwarte gaten in de centra van enorme sterrenstelsels", zegt Brandt. “Ons sterrenstelsel heeft ook een eigen zwart gat in het midden van 2,6 miljoen zonsmassa's. Ons zwarte gat is vandaag niet actief, maar we nemen aan dat het in het verleden wel actief was. '
Deze diepe, extragalactische röntgenonderzoeken keken naar zorgvuldig uitgekozen plekken in de lucht, die grotendeels vrij zijn van alles dat de röntgengegevens zou kunnen verstoren. Chandra keek gedurende een periode van twee jaar naar het Chandra Deep Field-North - een hemelgebied dat tweederde zo groot is als de volle maan - gedurende een periode van 23 dagen. De onderzoekers ontdekten ongeveer 600 röntgenbronnen. Na het vergelijken van de röntgenfoto's met optische beelden van exact hetzelfde stukje hemel genomen door de Hubble-ruimtetelescoop, kwamen bijna alle 600 puntbronnen overeen met optische sterrenstelsels, wat suggereert dat de zwarte gaten die bronnen waren voor de röntgensignatuur in de centra van sterrenstelsels.
"Röntgenastronomen doen het beter dan wie dan ook met ongeveer een factor tien bij het identificeren van deze actieve galactische kernen", aldus Brandt. 'Met meer tijd zouden we het nog beter kunnen doen, nog dieper gaan.'
Wat de onderzoekers ontdekten was dat supergrote zwarte gaten talrijker zijn dan we hadden verwacht. Ze ontdekten ook dat zwarte gaten anders evolueerden dan astronomen vóór het Chandra-werk verwachtten. Extrapolerend op de 600 zwarte gaten die Chandra heeft gevonden, suggereert Brandt dat er ongeveer 300 miljoen supergrote zwarte gaten in de hele lucht zijn.
Het bestaan van zoveel zwarte gaten bevestigde dat wat ooit werd beschouwd als een werkelijk diffuse kosmische röntgenachtergrondstraling, in feite afkomstig is van puntbronnen.
In de jaren zestig ontdekten astronomen quasars, zeer verre, zeer lichtgevende zwarte gaten, in galactische centra. Quasars, aanvankelijk quasi-stellaire radiobronnen genoemd, werden intensief bestudeerd. Onderzoekers realiseerden zich al snel dat slechts enkele van deze objecten radiozenders waren en dat ze zich al vroeg in de geschiedenis van het heelal vormden.
"Hoewel quasars spectaculair zijn, zijn ze niet representatief voor typische actieve galactische kernen", zegt Brandt. "Nu, met behulp van Chandra en andere röntgenobservatoria, kunnen we de matige helderheid, typische actieve galactische kernen in het verre, hoge roodverschuivende universum vinden en bestuderen."
Quasars en actieve galactische kernen met matige helderheid evolueerden ook anders. Quasars zijn een fenomeen van jonge sterrenstelsels, terwijl actieve galactische kernen met een matige helderheid later in de kosmische tijd hun hoogtepunt bereikten.
'We zouden graag willen weten of actieve galactische kernen in de kosmische tijd veranderen', zegt Brandt. 'Voeden en groeien zwarte gaten op dezelfde manier in de geschiedenis van het heelal?'
Onderzoekers keken naar de relatieve hoeveelheid kracht die uitkomt in röntgenstralen in vergelijking met andere golflengten en ontdekten dat deze verhouding niet verandert gedurende 13 miljard jaar. Ze keken naar de röntgenspectra en ontdekten dat deze ook niet veranderden in de tijd.
"Ondanks de enorme veranderingen in de ruimtedichtheid van achterste gaten, zijn de afzonderlijke motoren die actieve galactische kernen aandrijven opmerkelijk stabiel", zei Brandt.
Brandt is van mening dat Chandra het Chandra Deep Field-North voor een langere periode kon observeren en meer gevoelige, diepere gegevens kon verkrijgen. Dit zou sterrenstelsels aan het licht brengen die momenteel verduisterd zijn. Het zou ook meer röntgenstralen verzamelen, waardoor betere spectra- en variabiliteitsanalyses kunnen worden gemaakt. Met gevoeligere sondes detecteren de onderzoekers ook een toenemend aantal niet-actieve sterrenstelsels zoals die van ons.
'Chandra werkt nu zes jaar goed', zei Brandt. 'Er is geen reden waarom Chandra en Newton nog tien jaar of langer niet meer kunnen observeren.'
Oorspronkelijke bron: PSU-persbericht
