Das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA hat endgültige Beweise dafür erhalten, dass ein entfernter Quasar, der sich weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall gebildet hat, ein ausgewachsenes supermassives Schwarzes Loch enthält, das Energie mit einer Geschwindigkeit von 20 Billionen Sonnen erzeugt. Die Existenz derart massiver Schwarzer Löcher in dieser frühen Epoche des Universums stellt Theorien zur Bildung von Galaxien und supermassiven Schwarzen Löchern in Frage.
Die Astronomen Daniel Schwartz und Shanil Virani vom Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik in Cambridge, MA, beobachteten den Quasar SDSSp J1306, der 12,7 Milliarden Lichtjahre entfernt ist. Da das Universum auf 13,7 Milliarden Jahre geschätzt wird, sehen wir den Quasar als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall. Sie fanden heraus, dass die Verteilung von Röntgenstrahlen mit Energie oder Röntgenspektrum nicht von der von älteren Quasaren in der Nähe zu unterscheiden ist. Ebenso war die relative Helligkeit bei optischen Wellen und Röntgenwellenlängen von SDSSp J1306 ähnlich der der nahe gelegenen Gruppe von Quasaren. Optische Beobachtungen legen nahe, dass die Masse des Schwarzen Lochs etwa eine Milliarde Sonnenmassen beträgt.
Der Nachweis eines weiteren supermassiven Schwarzen Lochs in der frühen Epoche wurde zuvor von einem Team von Wissenschaftlern des California Institute of Technology und des Vereinigten Königreichs unter Verwendung des Röntgensatelliten XMM-Newton veröffentlicht. Sie beobachteten den Quasar SDSSp J1030 in einer Entfernung von 12,8 Milliarden Lichtjahren und fanden im Wesentlichen das gleiche Ergebnis für das Röntgenspektrum wie die Smithsonian-Wissenschaftler für SDSSp J1306. Chandras genaue Position und sein genaues Spektrum für SDSSp J1306 mit nahezu denselben Eigenschaften beseitigen die anhaltende Unsicherheit, dass frühreife supermassereiche Schwarze Löcher existieren.
"Diese beiden Ergebnisse scheinen darauf hinzudeuten, dass die Art und Weise, wie supermassereiche Schwarze Löcher Röntgenstrahlen erzeugen, von einem sehr frühen Zeitpunkt an im Universum im Wesentlichen gleich geblieben ist", sagte Schwartz. "Dies impliziert, dass der zentrale Schwarzlochmotor in einer massiven Galaxie sehr bald nach dem Urknall gebildet wurde."
Unter Astronomen herrscht allgemeine Übereinstimmung darüber, dass Röntgenstrahlung aus der Nähe von supermassiven Schwarzen Löchern erzeugt wird, wenn Gas zu einem Schwarzen Loch gezogen und auf Temperaturen im Bereich von Millionen bis Milliarden Grad erhitzt wird. Der größte Teil des einfallenden Gases ist in einer schnell rotierenden Scheibe konzentriert, deren innerer Teil eine heiße Atmosphäre oder Korona aufweist, in der die Temperaturen auf Milliarden Grad steigen können.
Obwohl die genaue Geometrie und Details der Röntgenproduktion nicht bekannt sind, haben Beobachtungen zahlreicher Quasare oder supermassiver Schwarzer Löcher gezeigt, dass viele von ihnen sehr ähnliche Röntgenspektren aufweisen, insbesondere bei hohen Röntgenenergien. Dies legt nahe, dass die Grundgeometrie und der Mechanismus für diese Objekte identisch sind.
Die bemerkenswerte Ähnlichkeit der Röntgenspektren der jungen supermassiven Schwarzen Löcher mit denen der viel älteren bedeutet, dass die supermassiven Schwarzen Löcher und ihre Akkretionsscheiben bereits weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall vorhanden waren. Eine Möglichkeit besteht darin, dass sich durch den Zusammenbruch massereicher Sterne in der jungen Galaxie Millionen von 100 Schwarzen Löchern mit Sonnenmasse gebildet haben und anschließend durch Fusionen und Anreicherung von Gas ein Schwarzes Loch mit einer Sonnenmasse von einer Milliarde im Zentrum der Galaxie aufgebaut haben.
Um die Frage zu beantworten, wie und wann sich supermassereiche Schwarze Löcher gebildet haben, planen Astronomen, die sehr tiefen Chandra-Expositionen und andere Untersuchungen zu verwenden, um Quasare in noch früheren Jahren zu identifizieren und zu untersuchen.
Das Papier von Schwartz und Virani zu SDSSp J1306 wurde in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 1. November 2004 veröffentlicht. Das Papier von Duncan Farrah und Kollegen zu SDSS J1030 wurde in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 10. August 2004 veröffentlicht.
Chandra beobachtete J1306 mit seinem Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) -Instrument im November 2003 ungefähr 33 Stunden lang. Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, verwaltet das Chandra-Programm für das Office of Space Science der NASA in Washington. Northrop Grumman aus Redondo Beach, Kalifornien, ehemals TRW, Inc., war der Hauptentwicklungsauftragnehmer für das Observatorium. Das Smithsonian Astrophysical Observatory kontrolliert Wissenschaft und Flugbetrieb vom Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts.
Weitere Informationen und Bilder finden Sie unter:
http://chandra.harvard.edu und http://chandra.nasa.gov
Originalquelle: Chandra-Pressemitteilung
