In het nabijgelegen Whirlpool-sterrenstelsel en het bijbehorende sterrenstelsel, M51b, twee superzware zwarte gaten warmen op en verslinden omringend materiaal. Deze twee monsters zouden de meest lichtgevende röntgenbronnen in zicht moeten zijn, maar een nieuwe studie met observaties van NASA's NuSTAR-missie (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) toont aan dat een veel kleiner object concurreert met de twee kolossen.

De meest verbluffende kenmerken van het Whirlpool-sterrenstelsel - officieel bekend als M51a - zijn de twee lange, met sterren gevulde "armen" die als linten om het galactische centrum krullen. De veel kleinere M51b klampt zich als een zeepokken aan de rand van de Whirlpool vast. Gezamenlijk bekend als M51, de twee sterrenstelsels fuseren.

In het centrum van elk sterrenstelsel bevindt zich een superzwaar zwart gat dat miljoenen keren massiever is dan de zon. De galactische fusie zou enorme hoeveelheden gas en stof in die zwarte gaten en in een baan eromheen moeten duwen. Beurtelings, de intense zwaartekracht van de zwarte gaten zou ervoor moeten zorgen dat dat baanmateriaal opwarmt en uitstraalt, vormen heldere schijven rond elk die alle sterren in hun melkwegstelsels kunnen overtreffen.

Maar geen van beide zwarte gaten straalt zo helder uit in het röntgenbereik als wetenschappers zouden verwachten tijdens een fusie. Op basis van eerdere waarnemingen van satellieten die röntgenstraling met lage energie detecteren, zoals NASA's Chandra X-ray Observatory, wetenschappers geloofden dat lagen van gas en stof rond het zwarte gat in de grotere melkweg extra emissie blokkeerden. Maar de nieuwe studie gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift , gebruikte NuSTAR's hoogenergetische röntgenvisie om onder die lagen te kijken en ontdekte dat het zwarte gat nog steeds zwakker is dan verwacht.

"Ik ben nog steeds verrast door deze bevinding, " zei hoofdauteur Murray Brightman, een onderzoeker bij Caltech in Pasadena, Californië. "Galactische fusies zouden de groei van zwarte gaten moeten genereren, en het bewijs daarvan zou een sterke emissie van hoogenergetische röntgenstralen zijn. Maar dat zien we hier niet."

Brightman denkt dat de meest waarschijnlijke verklaring is dat zwarte gaten "flikkeren" tijdens galactische fusies in plaats van te stralen met een min of meer constante helderheid gedurende het hele proces.

"De flikkerende hypothese is een nieuw idee in het veld, " zei Daniël Stern, een onderzoekswetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena en de projectwetenschapper voor NuSTAR. "Vroeger dachten we dat de variabiliteit van zwarte gaten plaatsvond op tijdschalen van miljoenen jaren, maar nu denken we dat die tijdschema's veel korter kunnen zijn. Uitzoeken hoe kort een gebied van actieve studie is."

Klein maar briljant

Samen met de twee zwarte gaten die minder uitstralen dan wetenschappers hadden verwacht in M ​​51a en M51b, de eerste herbergt ook een object dat miljoenen keren kleiner is dan beide zwarte gaten, maar toch met dezelfde intensiteit schijnt. De twee verschijnselen zijn niet met elkaar verbonden, maar ze creëren wel een verrassend röntgenlandschap in M ​​51.

De kleine röntgenbron is een neutronenster, een ongelooflijk dicht klompje materiaal dat overblijft nadat een massieve ster aan het einde van zijn leven explodeert. Een typische neutronenster is honderdduizenden keren kleiner in diameter dan de zon - slechts zo breed als een grote stad - maar heeft toch een tot twee keer de massa. Een theelepel neutronenstermateriaal zou meer dan 1 miljard ton wegen.

Ondanks hun grootte, neutronensterren maken zich vaak bekend door intense lichtemissies. De neutronenster in M ​​51 is zelfs helderder dan gemiddeld en behoort tot een nieuw ontdekte klasse die bekend staat als ultralichtgevende neutronensterren. Brightman zei dat sommige wetenschappers hebben voorgesteld dat sterke magnetische velden die door de neutronenster worden gegenereerd, verantwoordelijk kunnen zijn voor de lichtgevende emissie; een eerder artikel van Brightman en collega's over deze neutronenster ondersteunt die hypothese. Sommige van de andere heldere, hoogenergetische röntgenbronnen die in deze twee sterrenstelsels worden gezien, kunnen ook neutronensterren zijn.