Het is moeilijk om een ​​zaklampstraal te missen die recht op je gericht is. Maar die straal van opzij gezien lijkt aanzienlijk zwakker. Hetzelfde geldt voor sommige kosmische objecten:als een zaklamp, ze stralen voornamelijk in één richting uit, en ze zien er dramatisch anders uit, afhankelijk van of de straal weg van de aarde (en nabijgelegen ruimtetelescopen) of er recht naar wijst.

Nieuwe gegevens van NASA's NuSTAR-ruimteobservatorium geven aan dat dit fenomeen geldt voor enkele van de meest prominente röntgenstralers in het lokale universum:ultralichte röntgenbronnen, of ULX's. De meeste kosmische objecten, inclusief sterren, weinig röntgenlicht uitstralen, vooral in het hoge-energiebereik van NuSTAR. ULX's, daarentegen, zijn als röntgenvuurtorens die door de duisternis snijden. Om als een ULX te worden beschouwd, een bron moet een röntgenhelderheid hebben die ongeveer een miljoen keer helderder is dan de totale lichtopbrengst van de zon (op alle golflengten). ULX's zijn zo helder, ze zijn op miljoenen lichtjaren afstand te zien, in andere sterrenstelsels.

De nieuwe studie toont aan dat het object dat bekend staat als SS 433, gelegen in het Melkwegstelsel en slechts ongeveer 20, 000 lichtjaar van de aarde, is een ULX, ook al lijkt het ongeveer 1, 000 keer dimmer dan de minimumdrempel om als een te worden beschouwd.

Deze flauwte is een truc van het perspectief, volgens de studie:de hoogenergetische röntgenstralen van SS 433 zijn aanvankelijk opgesloten in twee gaskegels die zich vanaf tegenoverliggende zijden van het centrale object naar buiten uitstrekken. Deze kegels zijn vergelijkbaar met een spiegelende kom die een zaklampbol omringt:ze brengen het röntgenlicht van SS 433 samen in een smalle straal, totdat het ontsnapt en wordt gedetecteerd door NuSTAR. Maar omdat de kegels niet direct naar de aarde wijzen, NuSTAR kan de volledige helderheid van het object niet zien.

Als een ULX relatief dicht bij de aarde zijn ware helderheid kan verbergen vanwege zijn oriëntatie, dan zijn er waarschijnlijk meer ULX's - vooral in andere sterrenstelsels - die op een vergelijkbare manier zijn vermomd. Dat betekent dat de totale ULX-populatie veel groter zou moeten zijn dan wetenschappers momenteel waarnemen.

Kegel van duisternis

Er zijn ongeveer 500 ULX's gevonden in andere sterrenstelsels, en hun afstand tot de aarde betekent dat het vaak bijna onmogelijk is om te zeggen welk type object de röntgenstraling genereert. De röntgenstralen zijn waarschijnlijk afkomstig van een grote hoeveelheid gas die wordt verwarmd tot extreme temperaturen omdat het wordt aangetrokken door de zwaartekracht van een zeer dicht object. Dat object kan een neutronenster zijn (de overblijfselen van een ingestorte ster) of een klein zwart gat, een die niet meer dan ongeveer 30 keer de massa van onze zon is. Het gas vormt een schijf rond het object, als water dat door een afvoer stroomt. Wrijving in de schijf drijft de temperatuur op, waardoor het uitstraalt, soms zo heet dat het systeem uitbarst met röntgenstralen. Hoe sneller het materiaal op het centrale object valt, hoe helderder de röntgenstralen.

Astronomen vermoeden dat het object in het hart van SS 433 een zwart gat is van ongeveer 10 keer de massa van onze zon. Wat zeker bekend is, is dat het een grote nabije ster kannibaliseert, zijn zwaartekracht zuigt materiaal in een snel tempo weg:in een enkel jaar steelt SS 433 het equivalent van ongeveer 30 keer de massa van de aarde van zijn buur, waardoor het de meest hebzuchtige zwarte gat of neutronenster is die we in onze melkweg kennen.

"Het is al lang bekend dat dit ding in een fenomenaal tempo eet, ", zei Middleton. "Dit is wat ULX's onderscheidt van andere objecten, en het is waarschijnlijk de hoofdoorzaak van de grote hoeveelheden röntgenstralen die we ervan zien."

Het object in SS 433 heeft ogen die groter zijn dan zijn maag:het steelt meer materiaal dan het kan consumeren. Een deel van het overtollige materiaal wordt van de schijf geblazen en vormt twee halve bollen aan weerszijden van de schijf. Binnen elk is een kegelvormige leegte die zich opent in de ruimte. Dit zijn de kegels die het hoogenergetische röntgenlicht in een straal bundelen. Iedereen die recht naar beneden in een van de kegels kijkt, ziet een duidelijke ULX. Hoewel het alleen uit gas bestaat, de kegels zijn zo dik en massief dat ze fungeren als loden panelen in een röntgenonderzoeksruimte en voorkomen dat röntgenstralen er doorheen gaan naar de zijkant.

Wetenschappers vermoeden dat sommige ULX's om deze reden aan het zicht kunnen worden onttrokken. SS 433 bood een unieke kans om dit idee te testen omdat, als een topje, het wiebelt om zijn as - een proces dat astronomen precessie noemen.

Meestal, beide kegels van SS 433 wijzen ver weg van de aarde. Maar vanwege de manier waarop SS 433 precest, een kegel kantelt periodiek iets naar de aarde, zodat wetenschappers een klein beetje van het röntgenlicht kunnen zien dat uit de bovenkant van de kegel komt. In de nieuwe studie de wetenschappers keken naar hoe de röntgenstralen die NuSTAR ziet veranderen als SS 433 beweegt. Ze laten zien dat als de kegel naar de aarde blijft kantelen, zodat wetenschappers er recht naar beneden kunnen kijken, ze zouden genoeg röntgenlicht zien om SS 433 officieel een ULX te noemen.

Zwarte gaten die zich met extreme snelheden voeden, hebben de geschiedenis van ons universum gevormd. Superzware zwarte gaten, die miljoenen tot miljarden keren de massa van de zon zijn, kunnen hun gastmelkwegstelsel diepgaand beïnvloeden wanneer ze zich voeden. Vroeg in de geschiedenis van het universum, sommige van deze massieve zwarte gaten zijn mogelijk zo snel gevoed als SS 433, het vrijgeven van enorme hoeveelheden straling die de lokale omgeving hervormde. Uitstromen (zoals de kegels in SS 433) herverdeelden materie die uiteindelijk sterren en andere objecten zou kunnen vormen.

Maar omdat deze snel consumerende kolossen zich in ongelooflijk verre sterrenstelsels bevinden (die in het hart van de Melkweg eet momenteel niet veel), ze blijven moeilijk te bestuderen. Met SS 433, wetenschappers hebben een miniatuurvoorbeeld van dit proces gevonden, veel dichter bij huis en veel gemakkelijker om te studeren, en NuSTAR heeft nieuwe inzichten opgeleverd in de activiteit die daar plaatsvindt.

"Toen we NuSTAR lanceerden, Ik denk niet dat iemand had verwacht dat ULX's zo'n rijk onderzoeksgebied voor ons zouden zijn, " zei Fiona Harrison, hoofdonderzoeker voor NuSTAR en een professor in de natuurkunde aan Caltech in Pasadena, Californië. "Maar NuSTAR is uniek omdat het bijna het hele bereik van röntgengolflengten kan zien die door deze objecten worden uitgezonden, en dat geeft ons inzicht in de extreme processen die ze moeten aandrijven."

NuSTAR is een Small Explorer-missie onder leiding van Caltech en beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory, een divisie van Caltech, voor het directoraat Wetenschapsmissie van het bureau in Washington. NuSTAR is ontwikkeld in samenwerking met de Deense Technische Universiteit en de Italiaanse Ruimtevaartorganisatie (ASI). Het ruimtevaartuig werd gebouwd door Orbital Sciences Corporation in Dulles, Virginia (nu onderdeel van Northrop Grumman). Het missie-operatiecentrum van NuSTAR bevindt zich aan de Universiteit van Californië, Berkeley, en het officiële gegevensarchief bevindt zich in het High Energy Astrophysics Science Archive Research Center van NASA. ASI levert het grondstation van de missie en een spiegelarchief.