V404 Cygni:Kæmpe ringe omkring et sort hul

Dette billede viser et spektakulært sæt ringe omkring et sort hul, optaget ved hjælp af NASAs Chandra X-ray Observatory og Neil Gehrels Swift Observatory. Røntgenbillederne af de gigantiske ringe afslører information om støv i vores galakse, ved hjælp af et princip svarende til røntgenbilleder udført i lægekontorer og lufthavne.

Det sorte hul er en del af et binært system kaldet V404 Cygni, ligger omkring 7, 800 lysår væk fra Jorden. Det sorte hul trækker aktivt materiale væk fra en ledsagerstjerne - med omkring halvdelen af ​​Solens masse - ind i en skive omkring det usynlige objekt. Dette materiale lyser i røntgenstråler, så astronomer omtaler disse systemer som "røntgen-binærer."

Den 5. juni 2015, Swift opdagede et udbrud af røntgenstråler fra V404 Cygni. Udbruddet skabte højenergiringene fra et fænomen kendt som lysekkoer. I stedet for at lydbølger preller af en kløftvæg, lysekkoerne omkring V404 Cygni blev produceret, da et udbrud af røntgenstråler fra det sorte hul-system prellede af støvskyer mellem V404 Cygni og Jorden. Kosmisk støv er ikke som husholdningsstøv, men er mere som røg, og består af små, faste partikler.

På dette sammensatte billede, Røntgenstråler fra Chandra (lyseblå) blev kombineret med optiske data fra Pan-STARRS-teleskopet på Hawaii, der viser stjernerne i synsfeltet. Billedet indeholder otte separate koncentriske ringe. Hver ring er skabt af røntgenstråler fra V404 Cygni-udbrud observeret i 2015, der reflekterer forskellige støvskyer. (En kunstners illustration forklarer, hvordan ringene set af Chandra og Swift blev produceret. For at forenkle grafikken, illustrationen viser kun fire ringe i stedet for otte.)

Et team af forskere ledet af Sebastian Heinz fra University of Wisconsin i Madison analyserede 50 Swift-observationer af systemet lavet i 2015 mellem 30. juni og 25. august, og Chandra observationer foretaget den 11. og 25. juli, 2015. Det var så lysende en begivenhed, at operatørerne af Chandra med vilje placerede V404 Cygni mellem detektorerne, så endnu en lys udbrud ikke ville beskadige instrumentet.

Ringene fortæller ikke kun astronomerne om det sorte huls adfærd, men også om landskabet mellem V404 Cygni og Jorden. For eksempel, ringenes diameter i røntgenstråler afslører afstandene til de mellemliggende støvskyer, lyset rikochetteret af. Hvis skyen er tættere på Jorden, ringen ser ud til at være større, og omvendt. Lysekkoerne fremstår som smalle ringe snarere end brede ringe eller haloer, fordi røntgenudbruddet kun varede i relativt kort tid.

Forskerne brugte også ringene til at undersøge egenskaberne af selve støvskyerne. De sammenlignede røntgenspektrene - dvs. lysstyrken af ​​røntgenstråler over en række bølgelængder - til computermodeller af støv med forskellige sammensætninger. Forskellige sammensætninger af støv vil resultere i, at forskellige mængder af den lavere energi røntgenstråler absorberes og forhindres i at blive opdaget med Chandra. Dette er et princip, der ligner, hvordan forskellige dele af vores krop eller vores bagage absorberer forskellige mængder røntgenstråler, give oplysninger om deres struktur og sammensætning.

Holdet fastslog, at støvet højst sandsynligt indeholder blandinger af grafit- og silikatkorn. Ud over, ved at analysere de indre ringe med Chandra, de fandt ud af, at tæthederne af støvskyerne ikke er ensartede i alle retninger. Tidligere undersøgelser har antaget, at de ikke gjorde det.

Et papir, der beskriver V404 Cygni-resultaterne, blev offentliggjort i juli 1, 2016, udgave af The Astrophysical Journal (fortryk). Forfatterne af undersøgelsen er Sebastian Heinz, Lia Corrales (University of Michigan); Randall Smith (Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian); Niel Brandt (The Pennsylvania State University); Peter Jonker (Hollandsk Institut for Rumforskning); Richard Plotkin (University of Nevada, Reno); og Joey Neilson (Villanova University).

Dette resultat er relateret til et lignende fund af den binære røntgenstråle Circinus X-1, som indeholder en neutronstjerne i stedet for et sort hul, offentliggjort i et blad den 20. juni, 2015, udgave af The Astrofysisk tidsskrift , med titlen, "Ringenes Herre:En kinematisk afstand til Circinus X-1 fra et kæmpe røntgenlysekko" (fortryk). Denne undersøgelse blev også ledet af Sebastian Heinz.

Der er udgivet adskillige artikler hvert år, der rapporterer om undersøgelser af V404 Cygni-udbruddet i 2015, der forårsagede disse ringe. Tidligere udbrud blev registreret i 1938, 1956 og 1989, så astronomerne kan stadig have mange år til at fortsætte med at analysere 2015.