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Abb. 1:
Die 17-60 keV Himmelskarte, welche im Laufe von etwas vier Jahren mit
INTEGRAL erstellt wurde. Die Quellen in dieser Karte wurden künstlich
verschmiert und die Farbkodierung wurde so angepasst, das helle und schwache
Quellen gleichzeitig sichtbar sind. Die Konzentration von Quellen entlang
der galaktischen Ebene wird durch Neutronensterne und schwarze Löcher unser
Galaxie hervorgerufen, während die meisten Objekte fernab dieser Ebene
supermassiven schwarzen Löchern in anderen Galaxien entsprechen. Der CXB
setzt sich aus der Emission mehrerer Millionen ähnlicher und weit entfernter
Objekte zusammen. Ein Bild der Erde, welches mit dem ESA/EUMETSAT's Meteosat
Satelliten aufgenommen wurde, ist ebenfalls gezeigt. Die Abschirmung der
Emission weit entfernter Quellen durch die Erdscheibe erlaubt es den
Astromomen die Intensität des Röntgen- und Gammastrahlenhintergrunds zu
bestimmen. Bei tatsächlichen Beobachtungen mit INTEGRAL erscheint die Erde
etwas kleiner als hier angedeutet.
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Abb. 2:
Der Vergleich des CXB-Spektrums, welches mit den verschiedenen Instrumenten
von INTEGRAL gemessen wurde (blaue Punkte mit Fehlerbalken), mit einer
theoretischen Vorhersage, welche auf den Annahmen basiert, dass die AGN
Population seit z~1.5 nur reiner Helligkeitsverminderung unterlag und das
Verhältnis der abgedunkelten zu nicht abgedunkelten AGNs mit dem von
INTEGRAL lokal gemessenen Werten übereinstimmt. Die oberen beiden Kurven und
der sie umgebende schattierte Bereich sind auf die derzeitige Unsicherheit
in der AGN-Evolution bei hohen Rotverschiebungen (z>1-1.5) zurückzuführen.
Zusätzlich sind die Beiträge zum CXB von AGNs mit unterschiedlicher
Abschwächung durch Gas gezeigt.
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Supermassive schwarze Löcher, millionen- und milliardenmal so schwer wie
unsere eigene Sonne, schlummern in den Zentren aller Galaxien. Die meisten
dieser schwarzen Löcher sind zur Zeit nicht aktiv, aber jedes hatte in
seiner Vergangenheit eine Periode schnellen Wachstums, während der eine
gewaltige Menge an Strahlung freigesetzt wurde. Solche Objekte beobachtet
man heute in unserer Umgebung als Seyfert-Galaxien und als helle QSOs im
weit entfernten Universum. Es wird angenommen, dass all diese akkretierenden
schwarzen Löcher zusammen einen dominierenden Beitrag zum kosmischen
Röntgenhintergrund (CXB, engl. cosmic X-ray background) liefern - harte
Strahlung, die den gesamten Raum um uns anfüllt.
Ein Verständnis der Natur des CXB impliziert, dass nicht nur dessen Fluss
bekannt ist, sondern man diesen auch durch Populationen bekannter Objekte
erklären kann. Bei niedrigen Energien (weniger als ein paar keV) wurden
schon etwa 90% des CXB durch Beobachtungen mit grossen Röntgenteleskopen wie
XMM-Newton und Chandra in Einzelobjekte aufgelöst. Bei Energien höher als
etwa 10-20 keV sind solche Messungen mit existierenden Instrumenten noch
weit vom technisch Möglichen entfernt. Daher mussten für das INTEGRAL
Observatorium andere Techniken zur Untersuchungen des CXB herangezogen
werden.
Neben umfangreichen Untersuchungen der galaktischen Ebene wurde auch ein
Bruchteil der Beobachtungszeit von INTEGRAL darauf verwendet, den gesamten
Himmel im 17-60 keV Band zu kartieren. Dabei identifizierte man mehr als
hundert aktive schwarze Löcher (AGNs) in den Zentren von in der Nähe
liegenden Galaxien. Obwohl diese Objekte nicht mehr als einige Prozent des
CXB ausmachen, so liefert die INTEGRAL Durchmusterung des gesamten Himmels
doch eine unverfälschte Auswahl der lokalen aktiven schwaren Löcher. Hierbei
sind auch solche Objekte eingeschlossen, deren Kerne von grossen Massen
kalten Gases umgeben sind, welches Röntgenstrahlung absorbiert und die AGNs
unterhalb von einigen keV dadurch unsichbar macht. Anhand dieser Daten
konnten die Wissenschaftler die Helligkeitsverteilung der AGNs aus unserer
Nachbarschaft im harten Röntgenbereich untersuchen und zeigen, dass der
Anteil an durch Gas abgedunkelten Objekten am lichtschwachen Ende der AGN
Leuchtkraftfunktion gross (~70%) ist, aber klein (~25%) am lichtstarken
Ende.
Um den gesamten Fluss des CBX zu bestimmen, richtete man das INTEGRAL
Observatorium für mehrere Tage direkt auf die Erdscheibe. Im ersten Moment
erscheint diese Strategie seltsam, aber die Erde dient hierbei als
gigantischer Schild, welcher die Emission weit entfernter Quellen abschirmt
und dadurch das Signal, das von INTEGRAL gemessen wird, abschwächt. Durch
Beobachtung dieser Abschwächung ist es möglich die überlagerte Emission
aller weit entfernten Quellen, unabhängig von deren Helligkeit, zu bestimmen
(Abb. 1). Diese Aufgabe ist keineswegs trivial, denn auch die Erde selbst
ist eine Quelle harter Röntgenstrahlung, welche durch die Wechselwirkung
hochenergetischer Teilchen (engl. cosmic rays) mit der Erdatmosphäre
entsteht.
Durch Kenntnis der Gesamtintensität des CBX und der detailierten
Eigenschaften der lokalen Population aktiver schwarzer Löcher können
Wissenschaftler mehr daüber lernen, wie sich jene schwarzen Löcher im Laufe
der Zeit (z~0-1.5) entwickelt haben (Abb. 2). Es stellt sich dabei heraus,
dass sowohl die Amplitude als auch die spektrale Verteilung des CXB mit der
Annahme erklärbar sind, dass die AGN Population als Ganzes reine
Helligkeitsverminderung (engl. luminosity downsizing, i.e. eine Entwicklung
von hellen Quasaren zu relativ leichtschwachen Seyfert Galaxien) erfahren
hat - eine Hypothese, welche die Daten der tiefen extragalaktischen
Durchmusterungen tatsächlich nahelegen - während sich andere Eigenschaften,
wie das Verhältnis der abgedunkelten zu nicht abgedunkelten AGNs, nicht
verändert haben. Dies hat wichtige Konsequenzen für theoretische Modelle,
die auf eine Vereinigung verschiedener Typen von AGNs an Hand der
geometrischen Orientierung und physikalischen Eigenschaften abzielen.
E.Churazov, R.Sunyaev, S.Sazonov, M.Revnivtsev, R.Krivonos
Publikationen
Churazov et al.:
"Integral observations of the cosmic X-ray background in
the 5-100 keV range via occultation by the Earth",
Astron. & Astrophys.;
astro-ph/0608250
Sazonov et al.:
"Hard X-ray emission of the Earth's atmosphere: Monte Carlo
simulations",
Astron. & Astrophys.;
astro-ph/0608253
Churazov et al.:
"Earth X-ray albedo for CXB radiation in the 1-1000 keV
band",
Astron. & Astrophys., in press;
astro-ph/0608252
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