Een ongeëvenaard beeld van NASA's Chandra X-ray Observatory geeft een internationaal team van astronomen de beste kijk tot nu toe op de groei van zwarte gaten over miljarden jaren, beginnend kort na de oerknal. Dit is het diepste röntgenbeeld dat ooit is gemaakt, verzameld met ongeveer 7 miljoen seconden, of 11 en een halve week, van Chandra die de tijd observeert.

Het beeld komt uit wat bekend staat als het Chandra Deep Field-South. Het centrale deel van de afbeelding bevat de hoogste concentratie superzware zwarte gaten ooit gezien, gelijk aan ongeveer 5, 000 objecten die in het gebied van de volle maan zouden passen en ongeveer een miljard over de hele hemel.

"Met deze ene geweldige foto, we kunnen de vroegste dagen van zwarte gaten in het heelal onderzoeken en zien hoe ze in miljarden jaren veranderen, " zei Niel Brandt, de Verne M. Willaman hoogleraar astronomie en astrofysica, en hoogleraar natuurkunde, Penn staat, die een team van astronomen leidde die het diepe beeld bestudeerden.

Ongeveer 70 procent van de objecten in de nieuwe afbeelding zijn superzware zwarte gaten, die in massa kan variëren van ongeveer 100, 000 tot 10 miljard keer de massa van de zon. Gas dat naar deze zwarte gaten valt, wordt veel heter naarmate het de waarnemingshorizon nadert, of een punt van geen terugkeer, produceren heldere röntgenstraling.

"Het kan heel moeilijk zijn om zwarte gaten in het vroege heelal te detecteren, omdat ze zo ver weg zijn en ze alleen straling produceren als ze actief materie naar binnen trekken. " zei teamlid Bin Luo, hoogleraar astronomie en ruimtewetenschap, Universiteit van Nanking. "Maar door lang genoeg met Chandra te staren, we kunnen grote aantallen groeiende zwarte gaten vinden en bestuderen, waarvan sommige niet lang na de oerknal verschijnen."

Het nieuwe ultradiepe röntgenbeeld stelt wetenschappers in staat om ideeën te onderzoeken over hoe superzware zwarte gaten ongeveer één tot twee miljard jaar na de oerknal groeiden. Met behulp van deze gegevens, de onderzoekers toonden aan dat deze zwarte gaten in het vroege heelal meestal in bursts groeien, in plaats van via de langzame ophoping van materie.

De onderzoekers hebben ook aanwijzingen gevonden dat de zaden voor superzware zwarte gaten "zwaar" kunnen zijn met massa's van ongeveer 10, 000 tot 100, 000 keer die van de zon, in plaats van lichte zaden met ongeveer 100 keer de massa van de zon. Dit behandelt een belangrijk mysterie in de astrofysica over hoe deze objecten zo snel kunnen groeien om massa's van ongeveer een miljard keer de zon in het vroege heelal te bereiken.

Ze hebben ook röntgenstraling gedetecteerd van massieve sterrenstelsels op afstanden tot ongeveer 12,5 miljard lichtjaar van de aarde. Het grootste deel van de röntgenstraling van de verste sterrenstelsels is waarschijnlijk afkomstig van grote verzamelingen zwarte gaten van stellaire massa in de sterrenstelsels. Deze zwarte gaten worden gevormd door de ineenstorting van massieve sterren en wegen doorgaans enkele tot enkele tientallen keren de massa van de zon.

"Door röntgenstraling van zulke verre sterrenstelsels te detecteren, we leren meer over de vorming en evolutie van stellaire en superzware zwarte gaten in het vroege heelal, " zei teamlid Fabio Vito, postdoctoraal wetenschapper in astronomie en astrofysica, Penn State. "We kijken terug naar tijden waarin zwarte gaten zich in cruciale groeifasen bevonden, vergelijkbaar met hongerige baby's en adolescenten."

Om deze studie uit te voeren, het team combineerde de Chandra-röntgengegevens met zeer diepe Hubble Space Telescope-gegevens over hetzelfde stukje lucht. Ze bestudeerden röntgenstraling van meer dan 2, 000 sterrenstelsels geïdentificeerd door Hubble die zich tussen ongeveer 12 en 13 miljard lichtjaar van de aarde bevinden.

Verder werk met Chandra en toekomstige röntgenobservatoria zal nodig zijn om een ​​definitieve oplossing te bieden voor het mysterie van hoe superzware zwarte gaten snel grote massa's kunnen bereiken. Een grotere steekproef van verre sterrenstelsels zal afkomstig zijn van waarnemingen met de James Webb Space Telescope, uitbreiding van de studie van röntgenstraling van zwarte gaten naar nog grotere afstanden van de aarde.

De onderzoekers presenteerden hun resultaten vandaag (5 januari) op ​​de 229e bijeenkomst van de American Astronomical Society-bijeenkomst in Grapevine, Texas. Een paper over de groei van zwarte gaten in het vroege heelal, onder leiding van Fabio Vito, werd gepubliceerd op 10 augustus, 2016, uitgave van de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society . Een onderzoekspaper onder leiding van Bin Luo werd onlangs geaccepteerd voor publicatie in Het astrofysische tijdschrift Supplement serie.

NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, beheert het Chandra-programma voor NASA's Science Mission Directorate in Washington. Het Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, bestuurt Chandra's wetenschappelijke en vliegoperaties.

Penn State en MIT, onder leiding van Gordon Garmire, Evan Pugh emeritus hoogleraar astronomie, Penn staat, ontwikkelde het ACIS-instrument voor NASA.