Die Beweise stammen aus dem Vergleich von Infrarot- und Röntgenhintergrundsignalen über denselben Himmelsabschnitt.
Unter Verwendung der Daten des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA und des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA, das im Infrarot beobachtet, gelangten die Forscher zu dem Schluss, dass jede fünfte Quelle, die zum Infrarotsignal beiträgt, ein Schwarzes Loch ist.
"Unsere Ergebnisse zeigen, dass Schwarze Löcher für mindestens 20 Prozent des kosmischen Infrarot-Hintergrunds verantwortlich sind, was auf eine intensive Aktivität von Schwarzen Löchern hinweist, die sich während der Epoche der ersten Sterne von Gas ernähren", sagte Alexander Kashlinsky, Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md.
Kosmologiediagramm erstellt für Günther Hasinger, Direktor des UH-Instituts für Astronomie. Kunst von Karen Teramura. Bildnachweis: Cosmic Microwave Hintergrund: NASA WMAP Science Team; Schwarzes Loch explodiert, AGN: NASA / JPL-Caltech; Erste Sterne explodieren: NASA / JPL-Caltech, A. Kashlinsky (GSFC); Hubble Ultra Deep Field: NASA / ESA, S. Beckwith (STScI) und das HUDF-Team.
Der kosmische Infrarothintergrund (CIB) ist das kollektive Licht einer Epoche, als die Struktur im Universum zum ersten Mal auftrat. Astronomen vermuten, dass es aus Haufen massereicher Sonnen in den ersten Sterngenerationen des Universums sowie aus Schwarzen Löchern entstanden ist, die bei der Ansammlung von Gas enorme Mengen an Energie produzieren.
Selbst die stärksten Teleskope können die entferntesten Sterne und Schwarzen Löcher nicht als einzelne Quellen sehen. Ihr kombiniertes Leuchten über Milliarden von Lichtjahren hinweg ermöglicht es den Astronomen, die relativen Beiträge der ersten Generation von Sternen und Schwarzen Löchern im jungen Kosmos zu entziffern. Dies war zu einer Zeit, als sich Zwerggalaxien versammelten, verschmolzen und zu majestätischen Objekten wie unserer eigenen Milchstraßengalaxie heranwuchsen.
"Wir wollten die Natur der Quellen in dieser Ära genauer verstehen, deshalb schlug ich vor, Chandra-Daten zu untersuchen, um die Möglichkeit einer Röntgenemission zu untersuchen, die mit dem unregelmäßigen Leuchten des CIB verbunden ist", sagte Günther Hasinger, Direktor des Instituts für Astronomie an der Universität von Hawaii in Honolulu und Mitglied des Studienteams.
Hasinger diskutierte die Ergebnisse am Dienstag auf dem 222. Treffen der American Astronomical Society in Indianapolis. Ein Artikel, der die Studie beschreibt, wurde am 20. Mai im The Astrophysical Journal veröffentlicht.
Die Arbeiten begannen im Jahr 2005, als Kashlinsky und seine Kollegen, die Spitzer-Beobachtungen studierten, zum ersten Mal Anzeichen eines verbliebenen Glühens sahen. Das Leuchten wurde in weiteren Spitzer-Studien des gleichen Teams in den Jahren 2007 und 2012 deutlicher. Die 2012 durchgeführte Untersuchung untersuchte eine als Extended Groth Strip bekannte Region, eine einzelne gut untersuchte Himmelsscheibe in der Konstellation Bootes. In allen Fällen, in denen die Wissenschaftler alle bekannten Sterne und Galaxien sorgfältig von den Daten subtrahierten, blieb ein schwaches, unregelmäßiges Leuchten zurück. Es gibt keine direkten Beweise dafür, dass dieses Leuchten extrem weit entfernt ist, aber verräterische Eigenschaften lassen die Forscher zu dem Schluss kommen, dass es das CIB darstellt.
Im Jahr 2007 hat Chandra im Rahmen einer Untersuchung mit mehreren Wellenlängen besonders tiefe Aufnahmen des Extended Groth Strip gemacht. Entlang eines Himmelsstreifens, der etwas größer als der Vollmond ist, überlappen sich die tiefsten Chandra-Beobachtungen mit den tiefsten Spitzer-Beobachtungen. Der leitende Forscher Nico Cappelluti, ein Astronom am Nationalen Institut für Astrophysik in Bologna, Italien, erstellte anhand von Chandra-Beobachtungen Röntgenkarten, bei denen alle bekannten Quellen in drei Wellenlängenbereichen entfernt wurden. Das Ergebnis war parallel zu den Spitzer-Studien ein schwaches, diffuses Röntgenlicht, das den kosmischen Röntgenhintergrund (CXB) ausmacht.
Durch den Vergleich dieser Karten konnte das Team feststellen, ob die Unregelmäßigkeiten beider Hintergründe unabhängig voneinander oder gemeinsam schwankten. Ihre detaillierte Studie zeigt, dass die Fluktuationen bei den niedrigsten Röntgenenergien mit denen in den Infrarotkarten übereinstimmen.
"Diese Messung dauerte ungefähr fünf Jahre und die Ergebnisse waren für uns eine große Überraschung", sagte Cappelluti, der auch der University of Maryland im Baltimore County in Baltimore angeschlossen ist.
Der Vorgang ähnelt dem Stehen in Los Angeles, während in New York nach Anzeichen für ein Feuerwerk gesucht wird. Die einzelnen Pyrotechnik wäre zu schwach, um sie zu sehen, aber das Entfernen aller dazwischenliegenden Lichtquellen würde das Erkennen von etwas ungelöstem Licht ermöglichen. Das Erkennen von Rauch würde die Schlussfolgerung verstärken, dass zumindest ein Teil dieses Signals von einem Feuerwerk stammt.
Im Fall der CIB- und CXB-Karten scheinen Teile des Infrarot- und des Röntgenlichts aus denselben Regionen des Himmels zu stammen. Das Team berichtet, dass Schwarze Löcher die einzigen plausiblen Quellen sind, die beide Energien mit der erforderlichen Intensität erzeugen können. Regelmäßige sternbildende Galaxien, auch solche, die kräftig Sterne bilden, können dies nicht.
Indem die Astronomen zusätzliche Informationen aus diesem Hintergrundlicht herausfiltern, liefern sie die erste Quellenzählung zu Beginn der Struktur im Universum.
"Dies ist ein aufregendes und überraschendes Ergebnis, das einen ersten Blick auf die Ära der anfänglichen Galaxienbildung im Universum werfen kann", sagte Harvey Moseley, ein leitender Astrophysiker bei Goddard, ein weiterer Beitrag zur Studie. „Es ist wichtig, dass wir diese Arbeit fortsetzen und bestätigen.“
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