Akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher im frühen Universum

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein Mehrfarbenbild von Galaxien aus der Chandra Cosmic Evolution Durchmusterung. Eine umfangreiche, neue Untersuchung von 209 Galaxien im frühen Universum mit röntgenhellen, supermassereichen Schwarzen Löchern fand heraus, daß die nicht so hellen AGN tendenziell ihr Maximum später in der kosmischen Entwicklung erreichen und verdeckte sowie nicht verdeckte AGN sich in ähnlicher Weise entwickeln. X-ray: NASA / CXC / SAO / F. Civano et al. Optical: NASA / STScI

 

Supermassereiche Schwarze Löcher mit Millionen oder gar Milliarden Sonnenmassen werden in den Kernen von Galaxien gefunden. Beispielsweise besitzt unsere Milchstraße einen Kern mit einem Schwarzen Loch von etwa vier Millionen Sonnenmassen. Gemäß den Theorien umgibt das Schwarze Loch ein Torus aus Staub sowie Gas und wenn Material auf das Schwarzen Loch fällt (ein Vorgang, den man Akkretion nennt), kann der innere Rand der Scheibe auf Millionen Grad aufgeheizt werden. Solches Heizen durch Akkretion kann spektakuläre Phänomene wie bipolare Jets aus sich schnell bewegenden, geladenen Teilchen antreiben. Derlei lebhaft akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher in Galaxien werden aktive galaktische Kerne (active galactic nuclei = AGN) genannt.

Die Entwicklung von AGN über kosmischen Zeiten hinweg liefert ein Bild von ihrer Rolle bei der Bildung und Koevolution von Galaxien. Kürzlich gab es beispielsweise Hinweise darauf, daß AGN mit bescheideneren Leuchtkräften und Akkretionsraten (verglichen mit den eindrucks-vollsten Fällen) sich in der kosmischen Geschichte später entwickelten (genannt “downsizing”; dieser Begriff umschreibt das Abnehmen von Leuchtkraft und Akkretionsrate im Verlauf der kosmischen Entwicklung), wenngleich die Gründe für und die Auswirkungen von diesem Effekt diskutiert werden. Eleni Kalfountzou, Francesca Civano, Martin Elvis und Paul Green vom CfA sowie ihr Kollege Markos Trichas haben jetzt die umfangreichste Studie über im Röntgenlicht ausgewählte AGN im Universum aus einer Zeit publiziert, als dieses nur 2.5 Milliarden Jahre alt war; der entfernteste AGN in ihrer Stichprobe stammt aus einer Zeit, als das Universum etwa 1.2 Milliarden Jahre alt war.

Die Astronomen studierten 209 AGN, die mit dem Chandra-Röntgen-Observatorium gemessen wurden. Sie heben hervor, daß die Röntgenbeobachtungen durch die Strahlung der Gastgalaxie geringer verunreinigt sind als bei optischen Durchmusterungen und die Röntgenbeobachtungen folglich einen größeren, repräsentativeren Bereich physikalischer Bedingungen umfassen. Die Untersuchung der Wissenschaftler bestätigt den vorgeschlagenen Trend in Richtung downsizing und kann gleichzeitig einige alternative Vorschläge praktisch ausschließen. Auch hat das Team unter anderem entdeckt, daß diese AGN-Stichprobe galaktische Kerne repräsentiert, die eine große Vielfalt an molekularer Gas- und Staubextinktion liefern. In Verbindung mit den umfangreichen AGN-Daten ermöglicht dieses Resultat den Forschern die Folgerung, daß verdeckte und nicht verdeckte Stadien von AGN sich in ähnlicher Weise entwickeln.

Literatur:
„The largest X-ray-selected sample of z > 3 AGNs: C-COSMOS and ChaMP“
E. Kalfountzou, F. Civano, M. Elvis, M. Trichas, and P. Green
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 445, 1430–1448 (2014)