Es ist allgemein anerkannt, dass supermassive Schwarze Löcher (SMBHs) im Zentrum elliptischer Galaxien oder Ausbuchtungen von Spiralgalaxien sitzen. Sie saugen so viel Materie wie möglich auf und erzeugen Strahlungsexplosionen. Sterne, Gas und alles andere in der Nähe bilden einen kompakten „Halo“ und fallen dann in eine durch die Schwerkraft erzwungene Todesspirale. Die gierige Natur und die schiere Größe dieser Schwarzen Löcher haben zu der Idee geführt, dass Dunkle Materie das SMBH während seiner Entwicklung mit einer gewissen Masse versorgen könnte (oder versorgt haben könnte). Aber könnte es sein, dass die Dunkle Materie doch nicht wesentlich beteiligt ist?Dies könnte ein kosmisches Phänomen sein, für das die Dunkle Materie nicht verantwortlich gemacht werden kann …
Akkretionsscheiben für Schwarze Löcher sind kompakte Halos, die entstehen, wenn Staub, Gas und andere Trümmer in Richtung eines Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs gezogen werden. Akkretionsscheiben strahlen elektromagnetische Strahlung aus, deren Frequenz von der Masse des Schwarzen Lochs abhängt. Je massiver es ist, desto höher ist die Energie der Strahlung, die in den Weltraum emittiert wird. Im Fall eines SMBH verursacht die enorme Masse eine sehr helle Emission, da die Materie aus dem Akkretionsscheibe fällt in die Ereignishorizont (der Punkt, an dem die Schwerkraft so stark wird, dass selbst Licht nicht entweichen kann). Wenn die Materie der Akkretionsscheibe in Richtung des Ereignishorizonts fällt, werden ungefähr 10 % der Masse in Energie umgewandelt und als Röntgenstrahlung ausgestoßen. Dies ist eine weitaus effizientere Energieumwandlungsrate als die effizienteste Kernfusionsreaktion (ungefähr 0,5%). Diese Röntgenemission kann dann beobachtet werden, wodurch ein Quasar entsteht, was bedeutet, dass ein SMBH die aktive Galaxie antreibt.
Interessanterweise wird nicht angenommen, dass ein SMBH aus einem einzelnen toten massereichen Stern gebildet wird. Es wird angenommen, dass sie aus einem „Samen“ entstanden und dann über Milliarden von Jahren gewachsen sind. Die Quelle der Masse, die das wachsende SMBH nährt, kommt von seiner Akkretionsscheibe, aber es ist ungewiss, in welcher Form die Materie ankommt und mit welcher Geschwindigkeit sie das Schwarze Loch „ernährt“. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie die größten Schwarzen Löcher gesät wurden, aber zwei sind die am weitesten verbreiteten:
- Mittlere Schwarze Löcher (mit Massen von mehreren tausend Sonnen) werden durch riesige Wolken erzeugt, die zu einem einzigen Punkt zusammenbrechen. Schwarze Löcher bilden sich und Akkretionsscheiben wachsen.
- Fest Ursterne (die ersten Sterne, die nur 200 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden) von einigen hundert Sonnenmassen könnten kollabiert sein, um kleinere Schwarze Löcher zu erzeugen, die wiederum Akkretionsscheiben bilden und über Milliarden von Jahren wachsen.
Die Mechanismen, die die Wachstumsrate der Akkretionsscheiben beeinflussen, sind nicht so eindeutig. Einige Theorien legen nahe, dass riesige Mengen (der größte Teil der Masse des Schwarzen Lochs) aus Dunkler Materie stammen. Da Dunkle Materie jedoch „nicht-baryonisch“ ist (dh das Gegenteil von baryonischer Materie – der Materie, die wir in unserem Universum kennen, lieben und beobachten) ) emittiert es sehr wenig Strahlung, wenn es in den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs fällt. Wenn dies der Fall ist, würden SMBHs im Vergleich zur Strahlung, die von galaktischen Zentren emittiert wird, überproportional wachsen (nur baryonische Teilchen emittieren Röntgenstrahlen).
Neue Forschungen unter der Leitung von Sebastien Peirani (am Institut d'Astrophysique de Paris, Frankreich) legen nahe, dass nur ein sehr kleiner Bruchteil eines SMBH während seiner Entwicklung aus dunkler Materie besteht. Dunkle Materie wird als Kollision vorhergesagtwenigerund wird sehr leicht von baryonischen Gaswolken und Sternen gestreut. Es erscheint unwahrscheinlich, dass Dunkle Materie sehr lange in der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs bleiben kann, bevor sie von der gesamten „normalen“ Materie abgestoßen wird, die in Richtung des Ereignishorizonts gezogen wird.
Durch die Modellierung einer „typischen“ Akkretionsscheibe und den Vergleich der Ergebnisse mit Beobachtungen der Quasarleuchtkraft stellte die französische Gruppe fest, dass die meiste Materie, die die SMBHs antreibt, relativistische baryonische Materie ist. In einer kritischen Entfernung, außerhalb des Schwarzen Lochs, wird baryonische Materie von der Akkretionsscheibe auf einen signifikanten Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und emittiert Strahlung. Vergleicht man dies mit Simulationen einer kollisionsfreien Scheibe (d. h. den Eigenschaften dunkler Materie), passt das baryonische Modell die Beobachtungen am besten.
'Die Anwendung unserer Ergebnisse auf Samen von Schwarzen Löchern, die von Halos aus kosmologischen Simulationen stammen, zeigt, dass dunkle Materie zu nicht mehr als [ungefähr] 10 % der gesamten akkreierten Masse beiträgt, was bestätigt, dass die bolometrische Quasarleuchtkraft mit der baryonischen Akkretionsgeschichte von . zusammenhängt das schwarze Loch.” – Auszug aus “ Akkretion dunkler Materie in supermassive Schwarze Löcher '
Quelle: arXiv