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Kosmologie: Schwarze Löcher erzeugen kosmischen Röntgenhintergrund

Mit dem NASA-Satelliten NuSTAR, dem Nuclear Spectroscopic Telescope Array, konnte erstmals der Beitrag von Schwarzen Löchern im Bereich der harten Röntgenstrahlung zum kosmischen Röntgenhintergrund untersucht werden.
Der Röntgensatellit NuSTAR (künstlerische Darstellung)Laden...

In den Zentren der meisten Galaxien verbergen sich massereiche Schwarze Löcher, die unter anderem auch Röntgenstrahlung aussenden. Die Strahlung kommt dabei nicht direkt aus den Schwarzen Löchern, sondern aus ihren unmittelbaren Umfeldern, in dem sich große Mengen extrem heißer Materie befinden. Millionen dieser Schwarzen Löcher erzeugen dabei so viel Röntgenstrahlung, dass sie sich als kosmischer Röntgenhintergrund beobachten lässt. Bereits mit dem Röntgensatelliten Chandra war es gelungen, diesen diffus erscheinenden Röntgenhintergrund als das Ergebnis des gemeinsamen Leuchtens zahlreicher Röntgenpunktquellen zu erkennen. Aber erst mit dem 2012 gestarteten Satelliten NuSTAR, dem Nuclear Spectroscopic Telescope Array, war es nun möglich, den Beitrag derjenigen Schwarzen Löcher näher zu untersuchen, die sehr energiereiche, harte Röntgenstrahlung aussenden. Mit NuSTAR konnte das Forscherteam um Fiona A. Harrison vom California Institute of Technology in Pasadena erstmals in einem eng begrenzten Bereich des Himmels 32 Schwarze Löcher identifizieren, die harte Röntgenstrahlung aussenden.

Schwarze Löcher im COSMOS-Feld, Komposit aus Aufnahmen der Röntgensatelliten Chandra und NuSTARLaden...
Schwarze Löcher im COSMOS-Feld | Mit den Röntgensatelliten NuSTAR und Chandra entstand diese Karte von Schwarzen Löchern im Bereich des COSMOS-Felds, dem Cosmic Evolution Survey. Die 32 blauen Punkte sind Schwarze Löcher, die im Bereich der hochenergetischen, harten Röntgenstrahlung von 8 bis 24 Kiloelektronvolt leuchten – sie wurden von NuSTAR beobachtet. Die restlichen Punkte sind ebenfalls Schwarze Löcher, die aber weniger energiereiche Strahlung aussenden. Sie wurden vom Röntgensatelliten Chandra im Bereich von 0,5 bis 7 Kiloelektronvolt registriert.

Die meisten dieser Schwarzen Löcher sind noch von dichten Ansammlungen aus Gas und Staub umgeben, welche die harte Röntgenstrahlung absorbiert. Dadurch dass sich diese zentralen massereichen Schwerkraftmonster in materiereichen Umfeldern befinden, ziehen sie große Mengen davon an. Die Materie kann aber wegen der Erhaltung des Drehimpulses nicht direkt in die Schwarzen Löcher fallen, sondern sammelt sich in einer dichten Scheibe aus Gas und Staub darum an. In dieser Akkretionsscheibe wird die Materie durch Reibung so extrem aufgeheizt, dass sie so heiß wird, dass sie große Mengen an Röntgenstrahlung abgibt. Bislang gab es nur wenige Himmelsbeobachtungen im Bereich der harten Röntgenstrahlung, die sich prinzipiell nur vom Weltraum aus untersuchen lässt, da Röntgenstrahlung die Erdatmosphäre nicht durchdringen kann. Erst mit NuSTAR gibt es einen Satelliten, der sowohl ausreichend empfindlich ist, die harte Röntgenstrahlung aufzufangen, als auch detaillierte Bilder des beobachteten Bereichs aufzunehmen.

So sagt Fiona Harrison: "Uns ist es nun möglich, statt nur rund zwei Prozent des hochenergetischen Röntgenhintergrunds aufzulösen, nun rund 35 Prozent der Quellen davon sehen. Vor NuSTAR erschien der Röntgenhintergrund im Energiebereich von 8 bis 24 Kiloelektronvolt nur als ein diffuses Glühen ohne Strukturen. Um herauszufinden, was dort vor sich geht, muss man aber die Quellen und ihre Anzahl erst einmal identifizieren."

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