Deze afbeelding toont een spectaculaire reeks ringen rond een zwart gat, vastgelegd met behulp van NASA's Chandra X-ray Observatory en Neil Gehrels Swift Observatory. De röntgenfoto's van de gigantische ringen onthullen informatie over stof in onze melkweg, volgens een soortgelijk principe als de röntgenfoto's die worden uitgevoerd in dokterspraktijken en luchthavens.

Het zwarte gat maakt deel uit van een binair systeem genaamd V404 Cygni, gelegen op ongeveer 7, 800 lichtjaar van de aarde verwijderd. Het zwarte gat trekt actief materiaal weg van een begeleidende ster - met ongeveer de helft van de massa van de zon - in een schijf rond het onzichtbare object. Dit materiaal gloeit in röntgenstralen, daarom noemen astronomen deze systemen 'röntgendubbelsterren'.

Op 5 juni, 2015, Swift ontdekte een uitbarsting van röntgenstralen van V404 Cygni. De burst creëerde de hoogenergetische ringen van een fenomeen dat bekend staat als lichtecho's. In plaats van geluidsgolven die tegen een ravijnwand weerkaatsen, de lichtecho's rond V404 Cygni werden geproduceerd toen een uitbarsting van röntgenstralen van het zwarte gatsysteem weerkaatste van stofwolken tussen V404 Cygni en de aarde. Kosmisch stof is niet zoals huishoudstof, maar lijkt meer op rook, en bestaat uit kleine, vaste deeltjes.

In deze samengestelde afbeelding Röntgenstralen van Chandra (lichtblauw) werden gecombineerd met optische data van de Pan-STARRS-telescoop op Hawaï die de sterren in het gezichtsveld laat zien. De afbeelding bevat acht afzonderlijke concentrische ringen. Elke ring wordt gemaakt door röntgenstralen van V404 Cygni-vlammen die in 2015 zijn waargenomen en die weerkaatsen op verschillende stofwolken. (Een illustratie van een kunstenaar legt uit hoe de ringen die Chandra en Swift zagen, werden geproduceerd. Om de afbeelding te vereenvoudigen, de afbeelding toont slechts vier ringen in plaats van acht.)

Een team van onderzoekers onder leiding van Sebastian Heinz van de Universiteit van Wisconsin in Madison analyseerde 50 Swift-waarnemingen van het systeem in 2015 tussen 30 juni en 25 augustus. en Chandra-waarnemingen gedaan op 11 en 25 juli, 2015. Het was zo'n heldere gebeurtenis dat de operators van Chandra met opzet V404 Cygni tussen de detectoren plaatsten, zodat een volgende heldere uitbarsting het instrument niet zou beschadigen.

De ringen vertellen astronomen niet alleen over het gedrag van het zwarte gat, maar ook over het landschap tussen V404 Cygni en de aarde. Bijvoorbeeld, de diameter van de ringen in röntgenstralen onthult de afstanden tot de tussenliggende stofwolken die het licht weerkaatste. Als de wolk dichter bij de aarde is, de ring lijkt groter, en vice versa. De lichtecho's verschijnen als smalle ringen in plaats van brede ringen of halo's, omdat de röntgenuitbarsting slechts een relatief korte tijd duurde.

De onderzoekers gebruikten de ringen ook om de eigenschappen van de stofwolken zelf te onderzoeken. Ze vergeleken de röntgenspectra - dat wil zeggen, de helderheid van röntgenstralen over een reeks golflengten - tot computermodellen van stof met verschillende samenstellingen. Verschillende stofsamenstellingen zullen ertoe leiden dat verschillende hoeveelheden van de röntgenstralen met lagere energie worden geabsorbeerd en voorkomen dat ze worden gedetecteerd met Chandra. Dit is een soortgelijk principe als hoe verschillende delen van ons lichaam of onze bagage verschillende hoeveelheden röntgenstralen absorberen, informatie geven over hun structuur en samenstelling.

Het team stelde vast dat het stof hoogstwaarschijnlijk mengsels van grafiet- en silicaatkorrels bevat. In aanvulling, door de binnenringen te analyseren met Chandra, ze ontdekten dat de dichtheden van de stofwolken niet in alle richtingen uniform zijn. Eerdere studies gingen ervan uit dat dit niet het geval was.

Een paper waarin de V404 Cygni-resultaten worden beschreven, werd op 1 juli gepubliceerd. 2016, uitgave van The Astrophysical Journal (voordruk). De auteurs van de studie zijn Sebastian Heinz, Lia Corrales (Universiteit van Michigan); Randall Smith (Centrum voor Astrofysica | Harvard &Smithsonian); Niel Brandt (Pennsylvania State University); Peter Jonker (Nederlands Instituut voor Ruimteonderzoek); Richard Plotkin (Universiteit van Nevada, Reno); en Joey Neilson (Villanova Universiteit).

Dit resultaat houdt verband met een vergelijkbare bevinding van het röntgendubbeltallige Circinus X-1, die een neutronenster bevat in plaats van een zwart gat, gepubliceerd in een krant op 20 juni, 2015, uitgave van The Astrofysisch tijdschrift , getiteld, "Lord of the Rings:A Kinematic Distance to Circinus X-1 from a Giant X-Ray Light Echo" (preprint). Deze studie werd ook geleid door Sebastian Heinz.

Er zijn elk jaar meerdere artikelen gepubliceerd die rapporteren over de V404 Cygni-uitbarsting in 2015 die deze ringen veroorzaakte. Eerdere uitbarstingen werden geregistreerd in 1938, 1956 en 1989, dus astronomen hebben misschien nog vele jaren om door te gaan met het analyseren van de 2015-versie.