De grootste zwarte gaten bereiken een bepaald punt en groeien dan niet meer, volgens de beste enquête tot nu toe van zwarte gaten gemaakt met NASA's Chandra X-ray Observatory. Wetenschappers hebben ook veel eerder verborgen zwarte gaten ontdekt die ver onder hun gewichtslimiet liggen.
Deze nieuwe resultaten bevestigen recent theoretisch werk over hoe zwarte gaten en sterrenstelsels groeien. De grootste zwarte gaten, die met minstens 100 miljoen keer de massa van de zon, aten vraatzuchtig tijdens het vroege heelal. Bijna allemaal hadden ze miljarden jaren geleden geen 'voedsel' meer en gingen ze op een gedwongen hongerdieet.
Focus op zwarte gaten in het Chandra Deep Field North Focus op zwarte gaten in het Chandra Deep Field North
Aan de andere kant volgden zwarte gaten tussen ongeveer 10 en 100 miljoen zonsmassa's een meer gecontroleerd eetplan. Omdat ze kleinere porties van hun maaltijden van gas en stof namen, blijven ze vandaag groeien.
"Onze gegevens laten zien dat sommige superzware zwarte gaten lijken te binge, terwijl andere liever grazen", zegt Amy Barger van de University of Wisconsin in Madison en de University of Hawaii, hoofdauteur van de paper en beschrijft de resultaten in het laatste nummer van The Astronomical Journal (februari 2005). "We begrijpen nu beter dan ooit tevoren hoe superzware zwarte gaten groeien."
Een openbaring is dat er een sterk verband bestaat tussen de groei van zwarte gaten en de geboorte van sterren. Eerder hadden astronomen zorgvuldig onderzoek gedaan naar het geboortecijfer van sterren in sterrenstelsels, maar ze wisten niet zoveel over de zwarte gaten in hun centra.
'Deze sterrenstelsels verliezen materiaal in hun centrale zwarte gaten terwijl ze hun sterren maken', zei Barger. "Dus welk mechanisme de stervorming in sterrenstelsels ook regelt, het regelt ook de groei van zwart gaten."
Astronomen hebben een nauwkeurige telling gemaakt van zowel de grootste, actieve zwarte gaten in de verte als de relatief kleinere, rustigere gaten dichterbij. Nu zijn de tussenliggende voor het eerst correct geteld.
Groei van de grootste zwarte gaten geïllustreerd Groei van de grootste zwarte gaten geïllustreerd
"We moeten in de loop van de tijd een nauwkeurige telling van het aantal zwarte gaten hebben als we hun gewoonten als het ware willen begrijpen," co-auteur Richard Mushotzky van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md.
Superzware zwarte gaten zelf zijn onzichtbaar, maar verwarmd gas eromheen - waarvan sommige uiteindelijk in het zwarte gat zullen vallen - produceert grote hoeveelheden straling in de centra van sterrenstelsels terwijl de zwarte gaten groeien.
Deze studie was gebaseerd op de diepste röntgenbeelden die ooit zijn verkregen, de Chandra Deep Fields North en South, plus een belangrijk groter gebiedsonderzoek van een gebied dat de "Lockman Hole" wordt genoemd. De afstanden tot de röntgenbronnen werden bepaald door optische spectroscopische follow-up bij de Keck 10-meter telescoop op Mauna Kea in Hawaï, en laten zien dat de zwarte gaten variëren van minder dan een miljard tot 12 miljard lichtjaar verwijderd.
Omdat röntgenstralen het gas en stof kunnen binnendringen die de optische en ultraviolette emissie blokkeren, zijn de röntgenopnamen met zeer lange belichting cruciaal om zwarte gaten te vinden die anders onopgemerkt zouden blijven.
Chandra ontdekte dat veel van de zwarte gaten kleiner dan ongeveer 100 miljoen zonnen begraven liggen onder grote hoeveelheden stof en gas, waardoor detectie van het optische licht van het verwarmde materiaal nabij het zwarte gat wordt voorkomen. De röntgenstralen zijn energieker en kunnen door dit stof en gas heen graven. De grootste van de zwarte gaten vertonen echter weinig tekenen van verduistering door stof of gas. In een vorm van zelfbeheersing van het gewicht, hebben krachtige winden die worden opgewekt door de voedende razernij van het zwarte gat mogelijk het resterende stof en gas verwijderd.
Andere aspecten van de groei van zwart gaten werden blootgelegd. Zo neemt de typische grootte van de sterrenstelsels die superzware zwart gat vormen ondergaan af met de kosmische tijd. Een dergelijke "kosmische inkrimping" werd eerder waargenomen voor sterrenstelsels die stervorming ondergaan. Deze resultaten sluiten goed aan bij de waarnemingen van nabije sterrenstelsels, die ontdekken dat de massa van een superzwaar zwart gat evenredig is met de massa van het centrale gebied van het gaststelsel.
De andere coauteurs van het artikel in The Astronomical Journal van februari 2005 waren Len Cowie, Wei-Hao Wang en Peter Capak (Institute for Astronomy, Univ. Of Hawaii), Yuxuan Yang (GSFC en de Univ. Van Maryland) , College Park) en Aaron Steffan (Univ. Of Wisconsin, Madison).
NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Beheert het Chandra-programma voor NASA's Space Mission Directorate, Washington. Northrop Grumman van Redondo Beach, Californië, voorheen TRW, Inc., was de belangrijkste aannemer voor de ontwikkeling van het observatorium. Het Smithsonian Astrophysical Observatory bestuurt de wetenschap en vluchtoperaties vanuit het Chandra X-ray Center in Cambridge, Massachusetts.
Aanvullende informatie en afbeeldingen zijn beschikbaar op: http://chandra.harvard.edu en http://chandra.nasa.gov
Oorspronkelijke bron: Chandra News Release
