Im Zentrum jeder Galaxie befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch. Ab einer bestimmten Größe werden diese aktiv, emittieren große Strahlungsmengen und werden dann Quasare genannt. Es wird angenommen, dass diese durch die Anwesenheit massiver Halos aus dunkler Materie (DMH) aktiviert werden, die die Galaxie umgeben und Materie in Richtung des Zentrums lenken, wodurch das Schwarze Loch versorgt wird.
Ein Team, zu dem auch Forscher der Universität Tokio gehörten, hat zum ersten Mal Hunderte von antiken Quasaren untersucht und herausgefunden, dass dieses Verhalten im Laufe der Geschichte sehr konsistent ist. Dies ist überraschend, da viele großräumige Prozesse im Laufe der Lebensdauer des Universums Variationen aufweisen, sodass der Mechanismus der Quasaraktivierung Auswirkungen auf die Entwicklung des gesamten Universums haben könnte. Ihre Forschung ist veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal.
Die Messung der DMH-Masse ist nicht einfach; Es ist bekannt, dass es sich um eine sehr schwer fassbare Substanz handelt, sofern „Substanz“ überhaupt das richtige Wort dafür ist, da die tatsächliche Natur der Dunklen Materie unbekannt ist. Wir wissen nur aufgrund seiner gravitativen Wirkung auf große Strukturen wie Galaxien, dass es überhaupt existiert. Daher kann dunkle Materie nur gemessen werden, indem Beobachtungen über ihre gravitativen Auswirkungen auf Dinge gemacht werden. Dazu gehört die Art und Weise, wie es an etwas anzieht oder seine Bewegung beeinflusst, oder durch die Linsenwirkung (Biegung des Lichts) von Objekten hinter einem vermuteten Bereich dunkler Materie.
Bei großen Entfernungen wird die Herausforderung noch größer, wenn man bedenkt, wie schwach das Licht von weiter entfernten und daher alten Phänomenen sein kann. Dies hinderte Professor Nobunari Kashikawa von der Abteilung für Astronomie und sein Team jedoch nicht daran, eine seit langem bestehende Frage der Astronomie zu beantworten: Wie entstehen Schwarze Löcher und wie wachsen sie?
Dies wollen die Forscher insbesondere im Zusammenhang mit supermassiven Schwarzen Löchern erforschen, der größten Art, die im Herzen jeder Galaxie existiert. Diese wären sehr schwer zu untersuchen, wenn nicht einige so massiv würden, dass sie beginnen, unglaublich starke Materieströme oder Strahlungskugeln auszustoßen, die in beiden Fällen zu dem werden, was wir Quasare nennen. Diese sind so leistungsstark, dass wir sie heute mit modernen Techniken auch aus großen Entfernungen beobachten können.
„Vor etwa 13 Milliarden Jahren haben wir zum ersten Mal die typische Masse von Halos aus dunkler Materie gemessen, die ein aktives Schwarzes Loch im Universum umgeben“, sagte Kashikawa.
„Wir stellen fest, dass die DMH-Masse von Quasaren ziemlich konstant bei etwa dem 10-Billionen-fachen der Masse unserer Sonne liegt. Solche Messungen wurden für neuere DMH-Massen in der Nähe von Quasaren durchgeführt, und diese Messungen ähneln auffallend dem, was wir für ältere Quasare sehen. Dies.“ ist interessant, weil es darauf hindeutet, dass es eine charakteristische DMH-Masse gibt, die einen Quasar zu aktivieren scheint, unabhängig davon, ob dies vor Milliarden von Jahren oder jetzt passiert ist.“
Quasare erscheinen in großen Entfernungen schwach, da sich das Licht, das sie vor langer Zeit verlassen hat, ausgebreitet hat, von dazwischenliegender Materie absorbiert wurde und aufgrund der zeitlichen Ausdehnung des Universums in nahezu unsichtbare Infrarotwellenlängen gestreckt wurde.
Daher nutzten Kashikawa und sein Team, deren Projekt im Jahr 2016 begann, mehrere Himmelsdurchmusterungen mit einer Reihe verschiedener Instrumente, wobei das wichtigste das japanische Subaru-Teleskop im US-Bundesstaat Hawaii war.
„Durch Upgrades konnte Subaru weiter sehen als je zuvor, aber wir können mehr lernen, indem wir Beobachtungsprojekte international ausweiten“, sagte Kashikawa.
„Das in den USA ansässige Observatorium Vera C. Rubin und sogar der weltraumgestützte Satellit Euclid, der 2023 von der EU gestartet wurde, werden einen größeren Bereich des Himmels scannen und mehr DMH in der Nähe von Quasaren finden. Wir können ein vollständigeres Bild davon erstellen.“ Beziehung zwischen Galaxien und supermassereichen Schwarzen Löchern. Das könnte uns dabei helfen, unsere Theorien darüber zu untermauern, wie Schwarze Löcher entstehen und wachsen.“
Mehr Informationen:
Junya Arita et al., Subaru High-z Exploration of Low-luminosity Quasars (SHELLQs). XVIII. Die Halomasse der Dunklen Materie von Quasaren bei z ∼ 6, Das Astrophysikalische Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/ace43a