Røntgenbillede af Chandra Deep Field-North. Billedkredit: NASA / PSU Klik for større billede
Data fra røntgenobservatoriske undersøgelser viser, at sorte huller er meget mere talrige og udviklede sig anderledes, end forskere ville have forventet, ifølge en Penn State-astronom.
”Vi ønskede en folketælling af alle de sorte huller, og vi ville vide, hvordan de ser ud,” sagde Niel Brandt, professor i astronomi og astrofysik. ”Vi ønskede også at måle, hvordan sorte huller er vokset gennem universets historie.”
Brandt og andre forskere har gjort netop det ved at se på en himmelplaster på den nordlige halvkugle kaldet Chandra Deep Field-North ved hjælp af NASAs Chandra X-ray Observatory og en lignende patch på den sydlige halvkugle kaldet det udvidede Chandra Deep Field-South . Undersøgelser udføres også i andre dele af himlen ved hjælp af både Chandra og Det Europæiske Rumagenturs røntgen-multispejlmission-Newton.
Forskerne kiggede på røntgenemissioner, fordi områder omkring sorte huller udsender røntgenstråler såvel som synligt lys. Røntgenstrålingers penetrerende natur giver en direkte måde at identificere de sorte huller på. Brug af røntgenbilleder gør det også muligt for astronomer at fastlægge de sorte huller i galaksernes centre uden at deres signal bliver vasket ud af det synlige lys fra en galakas stjerner, fortalte Brandt deltagere på det årlige møde i American Association for the Advancement of Science in St. Louis, 17. februar. De sorte huller, de studerede, var dem, der bor i centrum af galakser og aktivt udsender røntgenstråler, derfor kaldes de aktive galaktiske kerner.
”Vi finder aktive supermassive sorte huller i centrum af massive galakser,” sagde Brandt. ”Vores galakse har også sit eget sorte hul i sit centrum, der måler 2,6 millioner solmasser. Vores sorte hul er ikke aktiv i dag, men vi formoder, at det var aktivt i fortiden. ”
Disse dybe, ekstragalaktiske røntgenundersøgelser kiggede på omhyggeligt valgte pletter med himmel, der stort set er fri for alt, hvad der kan forstyrre indhentningen af røntgendata. Chandra kiggede på Chandra Deep Field-North - et område med himmel, der er to tredjedele på størrelse med fuldmåne - i tidsperioden på 23 dage over en toårsperiode. Forskerne opdagede omkring 600 røntgenkilder. Efter at have sammenlignet røntgenbillederne med optiske billeder af nøjagtigt den samme skive af himlen taget af Hubble-rumteleskopet, svarede næsten alle 600 punktkilder til optiske galakser, hvilket antydede, at de sorte huller, der var kilder til røntgenunderskriften, var i galaksernes centre.
"X-ray astronomer klarer sig bedre end nogen anden med en faktor på ti ved at identificere disse aktive galaktiske kerner" sagde Brandt. "Med mere tid kunne vi gøre det endnu bedre og gå endnu dybere."
Hvad forskerne fandt var, at supermassive sorte huller er flere, end vi måske havde forventet. De fandt også, at sorte huller udviklede sig anderledes, end astronomer forventede før Chandra-arbejdet. Ekstrapolering fra de 600 sorte huller, der er fundet af Chandra, antyder Brandt, at der er omkring 300 millioner supermassive sorte huller på hele himlen.
Eksistensen af så mange sorte huller, som bekræftede, at det, der engang blev antaget at være en virkelig diffus kosmisk røntgenstråling baggrundsstråling, faktisk kommer fra punktkilder.
I 1960'erne opdagede astronomer kvasarer, meget fjerne, meget lysende sorte huller, i galaktiske centre. Kvasarer, oprindeligt kaldet kvasi-stjernede radiokilder, blev undersøgt intenst. Forskere indså snart, at kun nogle af disse objekter var radioudsendere, og at de dannede tidligt i universets historie.
”Mens kvasarer er spektakulære, er de ikke repræsentative for typiske aktive galaktiske kerner,” sagde Brandt. "Med Chandra og andre røntgenobservatorier kan vi nu finde og studere den moderat lysstyrke, typiske aktive galaktiske kerner i det fjerne, højrødskiftede univers."
Kvasarer og aktive galaktiske kerner med moderat lysstyrke udviklede sig også forskelligt. Kvasarer er et fænomen med unge galakser, mens aktive, galaktiske kerner med moderat lysstyrke toppede senere i den kosmiske tid.
”Vi vil gerne vide, om aktive galaktiske kerner ændrer sig i løbet af den kosmiske tid,” sagde Brandt. "Fødes og vokser sorte huller på samme måde gennem universets historie?"
Forskere kiggede på den relative mængde strøm, der kommer ud i røntgenstråler sammenlignet med andre bølgelængder, og fandt, at dette forhold ikke ændrer sig over 13 milliarder år. De kiggede på røntgenspektre og fandt, at disse heller ikke ændrede sig gennem tiden.
”På trods af de enorme ændringer i rumtætheden på baghuller, er de enkelte motorer, der driver aktive galaktiske kerner, bemærkelsesværdigt stabile,” sagde Brandt.
Brandt mener, at Chandra kunne observere Chandra Deep Field-North i en længere periode og få mere følsomme og dybere data. Dette ville bringe lys galakser, der i øjeblikket er skjult. Det ville også samle flere røntgenstråler, hvilket giver mulighed for bedre røntgenspektral- og variabilitetsanalyser. Med mere følsom sondering opdager forskerne også et stigende antal ikke-aktive galakser som vores egne.
”Chandra har arbejdet godt i seks år nu,” sagde Brandt. "Der er ingen grund til, at Chandra og Newton ikke kan fortsætte med at observere i yderligere 10 år eller mere."
Original kilde: PSU News Release
