Kosmisk kollision skaber en galaktisk ring i røntgenstråler

Astronomer har brugt NASAs Chandra X-ray Observatory til at opdage en ring af sorte huller eller neutronstjerner i en galakse 300 millioner lysår fra Jorden.

Denne ring, mens han ikke har magten over Middle Earth, kan hjælpe videnskabsmænd til bedre at forstå, hvad der sker, når galakser smadrer ind i hinanden i katastrofale påvirkninger.

I dette nye sammensatte billede af galaksen AM 0644-741 (forkortet AM 0644), Røntgenstråler fra Chandra (lilla) er blevet kombineret med optiske data fra NASAs Hubble-rumteleskop (rød, grøn, og blå). Chandra-dataene afslører tilstedeværelsen af ​​meget lyse røntgenkilder, højst sandsynligt binære systemer drevet af enten et sort hul med stjernemasse eller neutronstjerne, i en bemærkelsesværdig ring. Resultaterne er rapporteret i et nyt papir ledet af Anna Wolter fra INAF-Osservatorio Astronomico di Brera i Milano, Italien.

Hvor kom ringen af ​​sorte huller eller neutronstjerner i AM 0644 fra? Astronomer tror, ​​at den blev skabt, da en galakse blev trukket ind i en anden galakse af tyngdekraften. Den første galakse genererede krusninger i gassen fra den anden galakse, AM 0644, placeret nederst til højre. Disse krusninger producerede derefter en ekspanderende ring af gas i AM 0644, der udløste fødslen af ​​nye stjerner. Den første galakse er muligvis den, der er placeret nederst til venstre på billedet.

Den mest massive af disse spæde stjerner vil føre korte liv - i kosmiske termer - på millioner af år. Efter det, deres kernebrændsel er brugt, og stjernerne eksploderer som supernovaer og efterlader enten sorte huller med masser typisk mellem omkring fem og tyve gange Solens, eller neutronstjerner med en masse omtrent lig med Solens.

Nogle af disse sorte huller eller neutronstjerner har tætte ledsagende stjerner, og sifongas fra deres stjernepartner. Denne gas falder mod det sorte hul eller neutronstjernen, danner en roterende skive som vand, der kredser om et afløb, og bliver opvarmet af friktion. Denne overophedede gas producerer store mængder røntgenstråler, som Chandra kan opdage.

Mens en ring af sorte huller eller neutronstjerner er spændende i sig selv, der er mere til historien om AM 0644. Alle røntgenkilder, der er detekteret i ringen af ​​AM 0644, er klare nok til at blive klassificeret som ultraluminous røntgenkilder (ULX). Dette er en klasse af objekter, der producerer hundredvis til tusindvis af gange mere røntgenstråler end de fleste "normale" binære systemer, hvor en ledsagerstjerne er i kredsløb om en neutronstjerne eller sort hul. Indtil for nylig troede de fleste astronomer, at ULX'er generelt indeholdt sorte huller med stjernemasse, med den mulige tilstedeværelse i nogle tilfælde af mellemmasse sorte huller (IMBH'er), der indeholder over hundrede gange Solens masse. Imidlertid, denne tankegang blev væltet, da nogle få ULX'er i andre galakser, inklusive M82 og M51, viste sig at indeholde neutronstjerner.

Adskillige andre forklaringer udover IMBH'er er blevet foreslået for den intense røntgen-emission af ULX'er. De omfatter usædvanlig hurtig vækst af det sorte hul eller neutronstjerne, eller geometriske effekter, der opstår fra tragten af ​​indfaldende materiale langs magnetiske feltlinjer.

Identiteten af ​​de enkelte ULX'er i AM 0644 er i øjeblikket ukendt. De kan være en blanding af sorte huller og neutronstjerner, og det er også muligt, at de alle er sorte huller eller alle neutronstjerner.

Ikke alle røntgenkilderne på billedet er placeret i ringen af ​​AM 0644. En af kilderne er et hurtigt voksende sort hul, der er placeret et godt stykke bagved galaksen i en afstand af 9,1 milliarder lysår fra Jorden. En anden spændende kilde opdaget af Chandra er et voksende supermassivt sort hul placeret i centrum af galaksen. I den nye undersøgelse, forskerne brugte også Chandra-observationer til at studere seks andre ringgalakser ud over AM 0644. I alt 63 kilder blev påvist i de syv galakser, og 50 af dem er ULX'er. Forfatterne ser et større gennemsnitligt antal ULX'er pr. galakse i disse ringgalakser end i andre typer galakser. Ringgalakser har stimuleret astronomernes interesse, fordi de er ideelle testlejer til at undersøge modeller af, hvordan dobbeltstjerner dannes, og forstå oprindelsen af ​​ULX'er.

Papiret, der beskriver studiet af AM 0644 og dets søsterringgalakser, udkom i august 10. 2018 udgave af Astrofysisk tidsskrift og er tilgængelig online.