I kolliderende galakser, en pipsqueak skinner klart

I den nærliggende Whirlpool-galakse og dens ledsagende galakse, M51b, to supermassive sorte huller opvarmes og fortærer omgivende materiale. Disse to monstre burde være de mest lysende røntgenkilder i sigte, men en ny undersøgelse, der bruger observationer fra NASAs NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) mission viser, at et meget mindre objekt konkurrerer med de to giganter.

De mest fantastiske træk ved Whirlpool-galaksen - officielt kendt som M51a - er de to lange, stjernefyldte "arme" krøller rundt i det galaktiske centrum som bånd. Den meget mindre M51b klæber sig som en våbenskjold til kanten af ​​Whirlpoolen. Samlet kendt som M51, de to galakser smelter sammen.

I midten af ​​hver galakse er et supermassivt sort hul, der er millioner af gange mere massivt end Solen. Den galaktiske fusion skulle skubbe enorme mængder gas og støv ind i de sorte huller og i kredsløb omkring dem. På tur, den intense tyngdekraft af de sorte huller skulle få det kredsende materiale til at varme op og udstråle, danner lyse skiver omkring hver, der kan overstråle alle stjernerne i deres galakser.

Men ingen af ​​de sorte huller stråler så stærkt i røntgenområdet, som forskerne ville forvente under en fusion. Baseret på tidligere observationer fra satellitter, der detekterer lavenergi røntgenstråler, såsom NASAs Chandra X-ray Observatory, videnskabsmænd troede, at lag af gas og støv omkring det sorte hul i den større galakse blokerede for ekstra emission. Men den nye undersøgelse, offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift , brugte NuSTARs højenergi-røntgensyn til at kigge under disse lag og fandt ud af, at det sorte hul stadig er svagere end forventet.

"Jeg er stadig overrasket over dette fund, " sagde studielederforfatter Murray Brightman, en forsker ved Caltech i Pasadena, Californien. "Galaktiske fusioner formodes at generere sorte hul-vækst, og beviset på det ville være stærk emission af højenergi røntgenstråler. Men det ser vi ikke her."

Brightman mener, at den mest sandsynlige forklaring er, at sorte huller "flimmer" under galaktiske fusioner i stedet for at udstråle med en mere eller mindre konstant lysstyrke gennem hele processen.

"Den flimrende hypotese er en ny idé på området, sagde Daniel Stern, en forsker ved NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena og projektforsker for NuSTAR. "Vi plejede at tro, at det sorte huls variabilitet fandt sted på tidsskalaer på millioner af år, men nu tænker vi, at de tidsplaner kunne være meget kortere. At finde ud af, hvor kort et område med aktiv undersøgelse er."

Lille men genial

Sammen med de to sorte huller, der udstråler mindre end forskerne forventede i M51a og M51b, førstnævnte er også vært for et objekt, der er millioner af gange mindre end begge sorte huller, men alligevel skinner med samme intensitet. De to fænomener hænger ikke sammen, men de skaber et overraskende røntgenlandskab i M51.

Den lille røntgenkilde er en neutronstjerne, en utrolig tæt materialeklump tilovers efter en massiv stjerne eksploderer i slutningen af ​​sin levetid. En typisk neutronstjerne er hundredtusindvis af gange mindre i diameter end Solen – kun så bred som en stor by – men har dog en til to gange massen. En teskefuld neutronstjernemateriale ville veje mere end 1 milliard tons.

På trods af deres størrelse, neutronstjerner giver sig ofte til kende gennem intense lysemissioner. Neutronstjernen fundet i M51 er endnu lysere end gennemsnittet og tilhører en nyopdaget klasse kendt som ultraluminous neutronstjerner. Brightman sagde, at nogle videnskabsmænd har foreslået, at stærke magnetiske felter genereret af neutronstjernen kunne være ansvarlige for den lysende emission; en tidligere artikel af Brightman og kolleger om denne neutronstjerne understøtter denne hypotese. Nogle af de andre lyse, højenergi røntgenkilder set i disse to galakser kunne også være neutronstjerner.