Supermassive Schwarze Löcher im Universum sind wie ein rauer Chor, der in der Sprache der Röntgenstrahlen singt. Wenn Schwarze Löcher umgebende Materie einsaugen, emittieren sie gewaltige Röntgenausbrüche. Dieses Lied aus Röntgenstrahlen stammt von einem Chor aus Millionen Schwarzen Löchern und umfasst den gesamten Himmel – ein Phänomen, das Astronomen als den kosmischen Röntgenhintergrund bezeichnen.
Die Chandra-Mission der NASA hat es geschafft, viele der sogenannten aktiven Schwarzen Löcher zu identifizieren, die zu diesem Röntgenhintergrund beitragen, aber diejenigen, die hochenergetische Röntgenstrahlen abgeben – gewissermaßen die mit den höchsten “Stimmen” – blieben schwer beobachtbar.
Mit neuen Daten des Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) der NASA war es erstmals möglich damit zu beginnen, eine große Anzahl der Schwarzen Löcher zu identifizieren, die die hochenergetischen Röntgenstrahlen emittieren. Oder, in Astronomensprache formuliert, NuSTAR hat entscheidende Fortschritte bei der Auflösung des hochenergetischen Röntgenhintergrundes gemacht.
“Statt zwei Prozent des hochenergetischen Röntgenhintergrundes haben wir jetzt 35 Prozent aufgelöst”, sagte Fiona Harrison, die leitende Wissenschaftlerin der NuSTAR-Mission am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena. Sie ist die Hauptautorin einer neuen Studie, die die Ergebnisse in einer kommenden Ausgabe des Astrophysical Journal beschreibt. “Wir können die meisten verborgenen Schwarzen Löcher sehen, versteckt hinter dichtem Gas und Staub.”
Die Ergebnisse werden Astronomen letztendlich helfen zu verstehen, wie sich die Materieakkretionsmuster von supermassiven Schwarzen Löchern mit der Zeit verändern. Das ist ein Schlüsselfaktor für das Wachstum nicht nur der Schwarzen Löcher, sondern auch der Galaxien, in denen sie sich befinden. Das supermassive Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraßen-Galaxie ist momentan ruhig, aber zu irgendeinem Zeitpunkt in der Vergangenheit hat es auch Gas eingesaugt und ist größer geworden.
Wenn Schwarze Löcher wachsen, zieht ihre enorme Gravitationskraft Materie in ihre Richtung. Die Materie heizt sich auf enorme Temperaturen auf und die Teilchen werden auf annähernd Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Zusammen lassen diese Prozesse die Umgebung des Schwarzen Lochs im Röntgenbereich leuchten. Ein supermassives Schwarzes Loch mit einem großen Gasreservoir wird mehr hochenergetische Röntgenstrahlen abgeben.
NuSTAR ist das erste Teleskop, das imstande ist, scharfe Aufnahmen dieser hochenergetischen Röntgenstrahlen zu machen. “Vor NuSTAR war der Röntgenhintergrund in hohen Energiebereichen nur verwaschen ohne aufgelöste Quellen”, sagte Harrison. “Um zu entschlüsseln, was dort abläuft, muss man die einzelnen Röntgenquellen identifizieren und zählen.”
“Wir wussten, dass dieser kosmische Chor eine starke hochstimmige Komponente besitzt, aber wir wissen immer noch nicht, ob sie von vielen kleineren und leiseren Sängern stammt oder von wenigen Sängern mit lauten Stimmen”, sagte der Co-Autor Daniel Stern, NuSTAR-Projektwissenschaftler vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena (Kalifornien). “Dank NuSTAR erlangen wir jetzt ein besseres Wissen über die Schwarzen Löcher und beginnen, diese Fragen anzugehen.”
Hochenergetische Röntgenstrahlen können offenbaren, was die am stärksten verborgenen supermassiven Schwarzen Löcher umgibt, die sonst schwer zu beobachten sind. So wie medizinische Röntgenstrahlen die Haut durchdringen können, um Bilder von Knochen darzustellen, so kann NuSTAR durch das Gas und den Staub in der Umgebung von Schwarzen Löchern blicken, um zu sehen, was dahinter geschieht.
Mit NuSTARs vollständigerem Bild der Populationen supermassiver Schwarzer Löcher können Astronomen damit anfangen herauszufinden, wie sie sich entwickeln und mit der Zeit verändern. Wann begannen sie mit der Akkretion von Materie und wann hörten sie auf? Wie ist die Verteilung des Gases und des Staubs, wodurch das Schwarze Loch gleichzeitig genährt und verborgen wird?
Das Team geht davon aus, mit NuSTAR im Lauf der Zeit einen weiteren Teil des hochenergetischen Röntgenhintergrundes aufzulösen und die Röntgenstimmen des rausten Chors im Universum besser herauszuhören.
NuSTAR ist eine Small Explorer Mission unter Führung des Caltech und vom JPL für das Science Mission Directorate in Washington geleitet. NuSTAR wurde in Partnerschaft mit der Danish Technical University und der Italian Space Agency (ASI) entwickelt. Das Weltraumteleskop wurde von der Orbital Sciences Corp. In Dulles (Virginia) konstruiert. Das Operationszentrum der NuSTAR-Mission hat seinen Sitz an der University of California in Berkeley, und das offizielle Datenarchiv ist am High Energy Astrophysics Science Archive Research Center der NASA zu finden. Die ASI stellt die Bodenstation der Mission und ein gespiegeltes Archiv zu Verfügung. Das JPL wird vom Caltech für die NASA betrieben.
Quelle: https://www.nasa.gov/feature/jpl/chorus-of-black-holes-sings-in-x-rays
(THK)
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