At se nogle kosmiske røntgenstråleudsendere kan være et spørgsmål om perspektiv

Det er svært at gå glip af en lommelygte, der peger lige mod dig. Men den stråle set fra siden virker betydeligt svagere. Det samme gælder for nogle kosmiske objekter:Som en lommelygte, de stråler primært i én retning, og de ser dramatisk forskellige ud afhængigt af om strålen peger væk fra Jorden (og nærliggende rumteleskoper) eller lige mod den.

Nye data fra NASAs NuSTAR rumobservatorium indikerer, at dette fænomen gælder for nogle af de mest fremtrædende røntgenstråleudsendere i lokaluniverset:ultraluminøse røntgenkilder, eller ULX'er. De fleste kosmiske objekter, inklusive stjerner, udstråle lidt røntgenlys, især i højenergiområdet set af NuSTAR. ULX'er, derimod er som røntgenfyrtårne, der skærer gennem mørket. For at blive betragtet som en ULX, en kilde skal have en røntgenlysstyrke, der er omkring en million gange lysere end Solens samlede lysudbytte (ved alle bølgelængder). ULX'er er så lyse, de kan ses millioner af lysår væk, i andre galakser.

Den nye undersøgelse viser, at objektet kendt som SS 433, beliggende i Mælkevejen og kun omkring 20, 000 lysår fra Jorden, er en ULX, selvom det ser ud til at være omkring 1, 000 gange lysere end minimumstærsklen for at blive betragtet som én.

Denne svaghed er et trick af perspektiv, ifølge undersøgelsen:Højenergetiske røntgenstråler fra SS 433 er oprindeligt begrænset inden for to gaskegler, der strækker sig udad fra modsatte sider af det centrale objekt. Disse kegler ligner en spejlskål, der omgiver en lommelygtepære:De omdanner røntgenlyset fra SS 433 til en smal stråle, indtil den slipper ud og detekteres af NuSTAR. Men fordi keglerne ikke peger direkte mod Jorden, NuSTAR kan ikke se objektets fulde lysstyrke.

Hvis en ULX relativt tæt på Jorden kan skjule sin sande lysstyrke på grund af, hvordan den er orienteret, så er der sandsynligvis flere ULX'er - især i andre galakser - forklædt på lignende måde. Det betyder, at den samlede ULX-population burde være langt større, end forskere i øjeblikket observerer.

Mørkets kegle

Omkring 500 ULX'er er blevet fundet i andre galakser, og deres afstand fra Jorden betyder, at det ofte er næsten umuligt at sige, hvilken type genstand der genererer røntgenstrålingen. Røntgenstrålerne kommer sandsynligvis fra en stor mængde gas, der opvarmes til ekstreme temperaturer, da den trækkes ind af tyngdekraften af ​​en meget tæt genstand. Det objekt kunne enten være en neutronstjerne (resterne af en kollapset stjerne) eller et lille sort hul, en, der ikke er mere end omkring 30 gange vores Sols masse. Gassen danner en skive omkring genstanden, som vand, der kredser om et afløb. Friktion i disken øger temperaturen, får det til at stråle, nogle gange bliver så varmt, at systemet bryder ud med røntgenstråler. Jo hurtigere materialet falder ned på det centrale objekt, jo lysere er røntgenstrålerne.

Astronomer formoder, at objektet i hjertet af SS 433 er et sort hul, der er omkring 10 gange vores Sols masse. Hvad man med sikkerhed ved er, at den kannibaliserer en stor nærliggende stjerne, dens tyngdekraft suger materiale væk i en hurtig hastighed:På et enkelt år stjæler SS 433, hvad der svarer til omkring 30 gange Jordens masse fra sin nabo, hvilket gør den til den grådigste sorte hul eller neutronstjerne kendt i vores galakse.

"Det har været kendt i lang tid, at denne ting spiser i en fænomenal hastighed, " sagde Middleton. "Dette er det, der adskiller ULX'er fra andre objekter, og det er sandsynligvis grundårsagen til de rigelige mængder røntgenstråler, vi ser fra dem."

Genstanden i SS 433 har øjne, der er større end maven:Den stjæler mere materiale, end den kan forbruge. Noget af det overskydende materiale bliver blæst af skiven og danner to halvkugler på modsatte sider af skiven. Inden i hver enkelt er et kegleformet hulrum, der åbner sig ud i rummet. Disse er keglerne, der omdanner det højenergiske røntgenlys til en stråle. Enhver, der kigger lige ned af en af ​​keglerne, vil se en tydelig ULX. Selvom det kun består af gas, keglerne er så tykke og massive, at de fungerer som blypaneler i et røntgenscreeningsrum og blokerer for røntgenstråler i at passere gennem dem ud til siden.

Forskere har mistænkt, at nogle ULX'er kan være skjult af denne grund. SS 433 gav en unik chance for at teste denne idé, fordi som en top, den slingrer om sin akse – en proces, astronomer kalder præcession.

Det meste af tiden, begge SS 433's kegler peger et godt stykke væk fra Jorden. Men på grund af den måde SS 433 forudsætter, en kegle hælder periodisk lidt mod Jorden, så forskerne kan se en lille smule af røntgenlyset, der kommer ud af toppen af ​​keglen. I den nye undersøgelse, forskerne så på, hvordan røntgenstrålerne, som NuSTAR ses, ændrer sig, når SS 433 bevæger sig. De viser, at hvis keglen fortsatte med at vippe mod Jorden, så forskerne kunne kigge lige ned i den, de ville se nok røntgenlys til officielt at kalde SS 433 en ULX.

Sorte huller, der lever i ekstreme hastigheder, har formet vores univers' historie. Supermassive sorte huller, som er millioner til milliarder af gange Solens masse, kan dybt påvirke deres værtsgalakse, når de fodrer. Tidligt i universets historie, nogle af disse massive sorte huller kan have fodret så hurtigt som SS 433, frigivelse af enorme mængder stråling, der omformede lokale miljøer. Udstrømninger (som keglerne i SS 433) omfordelte stof, der til sidst kunne danne stjerner og andre objekter.

Men fordi disse hurtigt forbrugende giganter bor i utroligt fjerne galakser (den i hjertet af Mælkevejen spiser ikke meget i øjeblikket), de forbliver svære at studere. Med SS 433, videnskabsmænd har fundet et miniatureeksempel på denne proces, meget tættere på hjemmet og meget nemmere at studere, og NuSTAR har givet ny indsigt i den aktivitet, der foregår der.

"Da vi lancerede NuSTAR, Jeg tror ikke, nogen forventede, at ULX'er ville være et så rigt forskningsområde for os, " sagde Fiona Harrison, hovedefterforsker for NuSTAR og professor i fysik ved Caltech i Pasadena, Californien. "Men NuSTAR er unik ved, at den kan se næsten hele rækken af ​​røntgenbølgelængder, der udsendes af disse objekter, og det giver os indsigt i de ekstreme processer, der må drive dem."

NuSTAR er en Small Explorer-mission ledet af Caltech og ledet af NASA's Jet Propulsion Laboratory, en afdeling af Caltech, for agenturets Science Mission Directorate i Washington. NuSTAR er udviklet i samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet og den italienske rumfartsorganisation (ASI). Rumfartøjet blev bygget af Orbital Sciences Corporation i Dulles, Virginia (nu en del af Northrop Grumman). NuSTARs missionsdriftscenter er på University of California, Berkeley, og det officielle dataarkiv er på NASAs High Energy Astrophysics Science Archive Research Center. ASI leverer missionens jordstation og et spejlarkiv.