Röntgenbild av Chandra Deep Field-North. Bildkredit: NASA / PSU Klicka för förstoring
Data från röntgenobservatörsundersökningar visar att svarta hål är mycket mer många och utvecklats annorlunda än forskare skulle ha förväntat sig, enligt en Penn State-astronom.
"Vi ville ha en folkräkning av alla svarta hål och vi ville veta hur de är", säger Niel Brandt, professor i astronomi och astrofysik. "Vi ville också mäta hur svarta hål har vuxit över universums historia."
Brandt och andra forskare har gjort just det genom att titta på en lapp med himmel på norra halvklotet, kallad Chandra Deep Field-North, med hjälp av NASA: s Chandra röntgenobservatorium och en liknande lapp på den södra halvklot som kallas det utvidgade Chandra Deep Field-South . Undersökningar genomförs också i andra delar av himlen med både Chandra och Europeiska rymdorganisationens röntgenmassionsspegling-Newton.
Forskarna tittade på röntgenutsläpp eftersom områden runt svarta hål avger röntgenstrålar och synligt ljus. Röntgenstrålarnas penetrerande natur ger ett direkt sätt att identifiera de svarta hålen. Genom att använda röntgenstrålar kan astronomer också fastställa de svarta hålen i galaxernas centra utan att deras signal tvättas ut av det synliga ljuset som kommer från en galaxstjärnor, berättade Brandt deltagarna vid årsmötet för American Association for the Advancement of Science in St. Louis, den 17 februari. De svarta hålen de studerade var de som bor i centrum av galaxerna och som aktivt avger röntgenstrålar, därför kallas de aktiva galaktiska kärnor.
"Vi hittar aktiva supermassiva svarta hål i centrum för massiva galaxer," sade Brandt. ”Vår galax har också sitt eget svarta hål i centrum som mäter 2,6 miljoner solmassor. Vårt svarta hål är inte aktivt idag, men vi antar att det var aktivt tidigare. ”
Dessa djupa, extragalaktiska röntgenundersökningar tittade på omsorgsfullt valda lappar av himlen, som till stor del är fria från allt som kan störa röntgenuppgifterna. Chandra tittade på Chandra Deep Field-North - ett himmelområde med två tredjedelar av stormånens storlek - under 23 dagar under en tvåårsperiod. Forskarna upptäckte cirka 600 röntgenkällor. Efter att ha jämfört röntgenbilder med optiska bilder av exakt samma skiva av himlen som tagits av Hubble Space Telescope, motsvarade nästan alla 600 punktskällor optiska galaxer, vilket tyder på att de svarta hålen som var källor för röntgenundersökningen var i galaxernas centrum.
"Röntgenstronomer klarar sig bättre än någon annan med ungefär en faktor om tio när de identifierar dessa aktiva galaktiska kärnor", sade Brandt. "Med mer tid kunde vi göra ännu bättre och gå ännu djupare."
Vad forskarna fann var att supermassiva svarta hål är fler än vi kanske hade förväntat oss. De fann också att svarta hål utvecklades annorlunda än astronomer förväntade sig före Chandra-arbetet. Extrapolating från de 600 svarta hål som hittades av Chandra, föreslår Brandt att det finns cirka 300 miljoner supermassiva svarta hål på hela himlen.
Förekomsten av så många svarta hål, bekräftade att det som en gång ansågs vara en verkligt diffus kosmisk röntgenbakgrundsstrålning, faktiskt kommer från punktkällor.
På 1960-talet upptäckte astronomer kvasarer, mycket avlägsna, mycket ljusa svarta hål, i galaktiska centra. Kvasarer, ursprungligen kallade kvasi-stjärna radiokällor, studerades intensivt. Forskare insåg snart att endast några av dessa föremål var radioutsändare och att de bildades tidigt i universums historia.
"Medan kvasarer är spektakulära är de inte representativa för typiska aktiva galaktiska kärnor," sade Brandt. "Med Chandra och andra röntgenobservatorier kan vi nu hitta och studera måttlig ljusstyrka, typiska aktiva galaktiska kärnor i det avlägsna universumet med hög rödförskjutning."
Kvasarer och aktiva galaktiska kärnor med måttlig ljusstyrka utvecklades också annorlunda. Kvasarer är ett fenomen av unga galaxer, medan aktiva galaktiska kärnor med måttlig ljusstyrka toppade senare under den kosmiska tiden.
"Vi skulle vilja veta om aktiva galaktiska kärnor förändras under kosmisk tid," sade Brandt. "Matar och växer svarta hål på samma sätt över universums historia?"
Forskare tittade på den relativa mängden kraft som kommer ut i röntgenstrålar jämfört med andra våglängder och fann att detta förhållande inte förändras under 13 miljarder år. De tittade på röntgenspektra och fann att dessa inte heller förändrades genom tiden.
"Trots de enorma förändringarna i rymdtätheten på bakre hål är de enskilda motorerna som driver aktiva galaktiska kärnor anmärkningsvärt stabila," sade Brandt.
Brandt tror att Chandra kunde observera Chandra Deep Field-North under en längre tid och få mer känslig, djupare data. Detta skulle komma till ljus galaxer som för närvarande är dolda. Det skulle också samla in fler röntgenstrålar som möjliggör bättre röntgenspektral- och variabilitetsanalyser. Med mer känsliga sonderingar upptäcker forskarna också ett ökande antal icke-aktiva galaxer som våra egna.
”Chandra har fungerat bra i sex år nu,” sade Brandt. "Det finns ingen anledning till att Chandra och Newton inte kan fortsätta att observera i ytterligare 10 år eller mer."
Originalkälla: PSU News Release
