Neue Erkenntnisse aus dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA stellen die vorherrschenden Vorstellungen in Frage, wie Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien wachsen. Astronomen haben lange gedacht, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch und die Ausbuchtung der Sterne im Zentrum seiner Wirtsgalaxie mit der gleichen Geschwindigkeit wachsen - je größer die Ausbuchtung, desto größer das Schwarze Loch. Eine neue Studie mit Chandra-Daten hat jedoch zwei nahe gelegene Galaxien mit supermassiven Schwarzen Löchern ergeben, die 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, die sie umgibt, enthalten ist. Die Ziele der neuesten Chandra-Studie, die Galaxien NGC 4342 und NGC 4291, haben 10- bis 35-mal massereichere Schwarze Löcher, als sie im Vergleich zu ihren Ausbuchtungen verglichen werden sollten. Die neuen Beobachtungen mit Chandra zeigen, dass die Lichthöfe oder massiven Hüllen aus dunkler Materie, in denen sich diese Galaxien befinden, ebenfalls übergewichtig sind.
Diese Studie legt nahe, dass die beiden supermassiven Schwarzen Löcher und ihre Entwicklung an ihre Halos aus dunkler Materie gebunden sind und nicht zusammen mit den galaktischen Ausbuchtungen gewachsen sind. In dieser Ansicht sind die Schwarzen Löcher und Halos der Dunklen Materie nicht übergewichtig, aber die Gesamtmasse in den Galaxien ist zu gering.
"Dies gibt uns mehr Hinweise auf eine Verbindung zwischen zwei der mysteriösesten und dunkelsten Phänomene der Astrophysik - Schwarze Löcher und Dunkle Materie - in diesen Galaxien", sagte Akos Bogdan vom Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik (CfA) in Cambridge, Massachusetts ., der die neue Studie leitete.
NGC 4342 und NGC 4291 liegen kosmisch nahe an der Erde in Entfernungen von 75 Millionen und 85 Millionen Lichtjahren. Astronomen hatten aus früheren Beobachtungen gewusst, dass diese Galaxien Schwarze Löcher mit relativ großen Massen beherbergen, sind sich jedoch nicht sicher, was für die Ungleichheit verantwortlich ist. Basierend auf den neuen Chandra-Beobachtungen können sie jedoch ein Phänomen ausschließen, das als Tidal Stripping bekannt ist.
Gezeitenentfernung tritt auf, wenn einige Sterne einer Galaxie während einer engen Begegnung mit einer anderen Galaxie durch die Schwerkraft entfernt werden. Wenn ein solches Gezeiten-Strippen stattgefunden hätte, wären die Lichthöfe größtenteils verschwunden. Da sich dunkle Materie weiter von den Galaxien entfernt, ist sie lockerer an sie gebunden als die Sterne und wird eher weggezogen.
Um Gezeitenentfernung auszuschließen, suchten Astronomen mit Chandra nach Hinweisen auf heißes, röntgenstrahlemittierendes Gas um die beiden Galaxien. Da der aus Röntgenbildern geschätzte Druck von heißem Gas die Anziehungskraft der gesamten 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 weit um NGC 4342 und NGC 4291 verteilt ist, was bedeutet, dass jede Galaxie einen ungewöhnlich massiven Halo aus dunkler Materie hat und dass ein Abstreifen der Gezeiten unwahrscheinlich ist.
"Dies ist der klarste Beweis dafür, dass Schwarze Löcher im nahe gelegenen 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 verhaftete Entwicklung."
Wie kann die Masse eines Schwarzen Lochs schneller wachsen als die Sternmasse seiner Wirtsgalaxie? Die Autoren der Studie schlagen vor, dass eine große Konzentration von Gas, die sich langsam im galaktischen Zentrum dreht, das Schwarze Loch sehr früh in seiner Geschichte verbraucht. Es wächst schnell und wenn es wächst, nimmt die Menge an Gas, die es anreichern oder schlucken kann, zusammen mit der Energieabgabe aus der Akkretion zu. Nachdem das Schwarze Loch eine kritische Masse erreicht hat, verhindern Ausbrüche, die durch den fortgesetzten Gasverbrauch verursacht werden, die Abkühlung und begrenzen die Produktion neuer Sterne.
"Es ist möglich, dass das supermassereiche Schwarze Loch eine kräftige Größe erreicht hat, bevor es überhaupt viele Sterne in der Galaxie gab", sagte Bogdan. "Das ist eine bedeutende Änderung in unserer Denkweise darüber, wie sich Galaxien und Schwarze Löcher zusammen entwickeln."
Die Ergebnisse wurden am 11. Juni auf dem 220. Treffen der American Astronomical Society in Anchorage, Alaska, vorgestellt. Die Studie wurde auch zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen.
