Der Prozess, durch den dunkle Materie supermassereiche Schwarze Löcher in hochenergetische Quasare umwandelt, hat sich im Laufe der Geschichte ereignet und die vergangene Entwicklung des Universums beeinflusst. Im Zentrum jeder Galaxie befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch. Ab einer bestimmten Größe werden diese Schwarzen Löcher aktiv, emittieren große Strahlungsmengen und werden Quasare genannt. Es wird angenommen, dass die Aktivierung dieser Quasare auf das Vorhandensein massiver Halos aus dunkler Materie (DMH) um Galaxien zurückzuführen ist, die Materie in Richtung des Zentrums der Galaxie ziehen und dem Schwarzen Loch Energie liefern.

Ein Forscherteam der Universität Tokio hat herausgefunden, dass Quasare, beeinflusst durch den umgebenden Halo aus dunkler Materie, im Laufe der Geschichte des Universums konsistente Aktivierungsmuster aufweisen. Diese Forschung liefert neue Einblicke in die Entstehung und das Wachstum von Schwarzen Löchern und die umfassendere Entwicklung des Universums.

Ein Forscherteam, darunter auch Wissenschaftler der Universität Tokio, hat zum ersten Mal Hunderte von antiken Quasaren untersucht und herausgefunden, dass dieses Verhalten im Laufe der Geschichte bemerkenswert konsistent ist. Dies ist überraschend, da sich im Laufe der Lebensdauer des Universums viele großräumige Prozesse ändern, sodass die Aktivierungsmechanismen von Quasaren möglicherweise Auswirkungen auf die Entwicklung des gesamten Universums haben.

Die vertikale Achse stellt die Masse des Halos aus dunkler Materie dar, der Quasare umgibt, bei denen es sich um Galaxien mit aktiven Kernen handelt. Die horizontale Achse zeigt das Alter des Universums, links die Gegenwart. Angesichts der Tatsache, dass sich viele Eigenschaften des Universums auf diesen Zeitskalen ändern, ist es überraschend, dass die Masse des Halos aus dunkler Materie, der dem Quasar entspricht, stabil bleibt. Bildquelle: ©2023Aritaetal.

Messung von Halos aus dunkler Materie

Die Messung der Masse eines Halos aus dunkler Materie ist nicht einfach; Es handelt sich um eine notorisch schwer fassbare Substanz, und das Wort „Materie“ ist keine Übertreibung, da die tatsächlichen Eigenschaften der Dunklen Materie noch nicht bekannt sind. Wir wissen nur, dass es existiert, weil es einen gravitativen Einfluss auf große Strukturen wie Galaxien hat. Daher kann dunkle Materie nur gemessen werden, indem man ihren gravitativen Einfluss auf Dinge betrachtet. Dazu gehört die Art und Weise, wie dunkle Materie Objekte anzieht oder deren Bewegung beeinflusst, oder der Linseneffekt (Lichtbeugung) von Objekten hinter einer dunklen Materie-ähnlichen Region.

Bei größeren Entfernungen wird diese Herausforderung noch größer, da das Licht weiter entfernter, älterer Phänomene sehr schwach sein kann. Aber das hat Professor Nobuge Kashiwagawa von der Abteilung für Astronomie und sein Team nicht davon abgehalten, eine seit langem bestehende Frage der Astronomie zu beantworten: Wie entstehen Schwarze Löcher und wie wachsen sie?

Den Forschern liegt ein besonderes Interesse an der Erforschung von Fragen im Zusammenhang mit supermassiven Schwarzen Löchern zugrunde, der größten Art von Schwarzen Löchern, die im Zentrum jeder Galaxie existiert. Ihre Untersuchung wäre sehr schwierig, wenn einige supermassereiche Schwarze Löcher nicht so massereich wären, dass sie beginnen, extrem starke Materiestrahlen oder Strahlungsbälle auszustoßen, die in beiden Fällen zu sogenannten Quasaren werden. Diese Quasare sind so mächtig, dass wir sie heute mit moderner Technologie auch aus großen Entfernungen beobachten können.

Die leitende Forscherin Junya Arita und ihr Co-Forscher Yoshihiro Takeda führen Beobachtungen im Kontrollraum des Nationalen Astronomischen Observatoriums Japans durch. Bildquelle: ©2023NobunariKashikawaCC-BY

Forschungsergebnisse und Bedeutung

Baichuan sagte: „Vor etwa 13 Milliarden Jahren haben wir zum ersten Mal die typische Masse des Halos aus dunkler Materie gemessen, der aktive Schwarze Löcher im Universum umgibt. Wir haben herausgefunden, dass die DMH-Masse von Quasaren sehr stabil ist, etwa zehn Billionen Mal so groß wie die Masse der Sonne Quasare aktivieren, egal, ob es vor Milliarden von Jahren geschah oder jetzt.“

Weit entfernte Quasare erscheinen schwach, weil sich das Licht, das sie vor langer Zeit verlassen hat, ausgebreitet hat, von der dazwischenliegenden Materie absorbiert und durch die langfristige Expansion des Universums in nahezu unsichtbare Infrarotwellenlängen ausgedehnt wurde. Deshalb begannen Hashikawa und sein Team 2016 mit der Vermessung des Himmels mit verschiedenen Instrumenten, von denen das wichtigste das japanische Subaru-Teleskop auf Hawaii, USA, ist.

Kashiwakawa sagte: „Das verbesserte Subaru-Teleskop kann weiter sehen als zuvor, aber wir können durch die Ausweitung internationaler Beobachtungsprojekte mehr lernen. Das Vera-C-Rubin-Observatorium in den Vereinigten Staaten und sogar der in diesem Jahr gestartete Weltraumsatellit Euclid der Europäischen Union werden einen größeren Bereich des Himmels scannen und mehr DMHs um Quasare entdecken. Wir können die Beziehung zwischen Galaxien und supermassiven Schwarzen Löchern besser verstehen. Dies könnte uns helfen, zu verstehen, wie Schwarze Löcher entstehen und wachsen.“