WASHINGTON - Neue Erkenntnisse aus dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA stellen die vorherrschenden Vorstellungen in Frage, wie supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien wachsen. Astronomen haben lange gedacht, dass ein supermassives Schwarzes Loch und die Ausbuchtung von Sternen im Zentrum seiner Wirtsgalaxie mit derselben Geschwindigkeit wachsen - je größer die Ausbuchtung, desto größer das Schwarze Loch. Eine neue Studie von Chandra-Daten hat zwei nahe gelegene Galaxien entdeckt, deren supermassereiche Schwarze Löcher schneller wachsen als die Galaxien selbst.
Die Masse eines riesigen Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie ist typischerweise ein winziger Bruchteil (etwa 0,2 Prozent) der Masse, die in der Ausbuchtung oder Region dicht gepackter Sterne enthalten ist, die es umgibt. Die Ziele der neuesten Chandra-Studie, die Galaxien NGC 4342 und NGC 4291, weisen schwarze Löcher auf, die 10- bis 35-mal so massereich sind, wie sie im Vergleich zu ihren Ausbuchtungen sein sollten. Die neuen Beobachtungen mit Chandra zeigen, dass die Halos oder massiven Hüllen der dunklen Materie, in denen sich diese Galaxien befinden, ebenfalls übergewichtig sind.
Bildnachweis: Röntgen: NASA / CXC / SAO / A. Bogdan et al .; Infrarot: 2MASS / UMass / IPAC-Caltech / NASA / NSF
Die neue Studie legt nahe, dass die beiden supermassiven Schwarzen Löcher und ihre Entwicklung an die Halos der dunklen Materie gebunden sind und nicht zusammen mit den galaktischen Ausbuchtungen gewachsen sind. In dieser Ansicht sind die Schwarzen Löcher und die Halos der dunklen Materie nicht übergewichtig, aber die Gesamtmasse in den Galaxien ist zu niedrig.
"Dies gibt uns mehr Hinweise auf eine Verbindung zwischen zwei der mysteriösesten und dunkelsten Phänomene in der Astrophysik - Schwarze Löcher und Dunkle Materie - in diesen Galaxien", sagte Akos Bogdan vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik (CfA) in Cambridge, Massachusetts , der die neue Studie leitete.
NGC 4342 und NGC 4291 sind kosmisch gesehen in Entfernungen von 75 Millionen bzw. 85 Millionen Lichtjahren nahe der Erde. Astronomen hatten aus früheren Beobachtungen gewusst, dass diese Galaxien Schwarze Löcher mit relativ großen Massen beherbergen, aber Astronomen sind sich nicht sicher, was für die Ungleichheit verantwortlich ist. Basierend auf den neuen Chandra-Beobachtungen können sie jedoch ein Phänomen ausschließen, das als Gezeiten-Stripping bekannt ist.
Gezeiten-Stripping tritt auf, wenn einige Sterne einer Galaxie während einer engen Begegnung mit einer anderen Galaxie durch die Schwerkraft abgestreift werden. Wenn eine solche Gezeitenentfernung stattgefunden hätte, hätten auch die Lichthöfe meistens gefehlt. Da sich dunkle Materie weiter von den Galaxien entfernt, ist sie lockerer an sie gebunden als die Sterne und wird mit größerer Wahrscheinlichkeit weggezogen.
Um das Entfernen von Gezeiten auszuschließen, verwendeten die Astronomen Chandra, um nach Hinweisen für heißes, Röntgenstrahlen emittierendes Gas in der Umgebung der beiden Galaxien zu suchen. Da der Druck des heißen Gases - geschätzt anhand von Röntgenbildern - die Anziehungskraft aller Materie in der Galaxie ausgleicht, können die neuen Chandra-Daten Informationen über die Halos der dunklen Materie liefern. Es wurde festgestellt, dass das heiße Gas sowohl in NGC 4342 als auch in NGC 4291 weit verbreitet ist, was impliziert, dass jede Galaxie einen ungewöhnlich massiven Halo aus dunkler Materie aufweist und daher ein Entfernen der Gezeiten unwahrscheinlich ist.
"Dies ist der klarste Beweis dafür, dass Schwarze Löcher im nahen Universum schneller wachsen als ihre Wirtsgalaxie", sagte Co-Autor Bill Forman, ebenfalls von CfA. "Es ist nicht so, dass die Galaxien durch enge Begegnungen kompromittiert wurden, sondern sie hatten eine Art aufgehaltene Entwicklung."
Wie kann die Masse eines Schwarzen Lochs schneller wachsen als die Sternmasse seiner Wirtsgalaxie? Die Autoren der Studie vermuten, dass eine große Konzentration von Gas, das sich langsam im galaktischen Zentrum dreht, sehr früh in der Geschichte des Schwarzen Lochs verbraucht wird. Es wächst schnell und während es wächst, steigt die Menge an Gas, die es anhäufen oder schlucken kann, zusammen mit der Energieabgabe aus der Akkretion. Sobald das Schwarze Loch eine kritische Masse erreicht, verhindern Ausbrüche, die durch den fortgesetzten Verbrauch von Gas ausgelöst werden, die Abkühlung und begrenzen die Produktion neuer Sterne.
"Es ist möglich, dass das supermassive Schwarze Loch eine gewaltige Größe erreicht hat, bevor es überhaupt viele Sterne in der Galaxie gibt", sagte Bogdan. "Das ist eine bedeutende Veränderung in unserer Denkweise darüber, wie sich Galaxien und Schwarze Löcher zusammen entwickeln."
Diese Ergebnisse wurden am 11. Juni auf dem 220. Treffen der American Astronomical Society in Anchorage, Alaska, vorgestellt. Die Studie wurde auch zur Veröffentlichung im The Astrophysical Journal angenommen.
Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, verwaltet das Chandra-Programm für das Science Mission Directorate der NASA in Washington. Das Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, kontrolliert Chandras Wissenschafts- und Flugbetrieb.
Neuauflage mit Genehmigung der National Aeronautics and Space Administration.