Astronomer har använt NASA:s Chandra X-ray Observatory för att upptäcka en ring av svarta hål eller neutronstjärnor i en galax 300 miljoner ljusår från jorden.

Den här ringen, utan att ha makt över Middle Earth, kan hjälpa forskare att bättre förstå vad som händer när galaxer slår in i varandra i katastrofala effekter.

I denna nya sammansatta bild av galaxen AM 0644-741 (AM 0644 för kort), Röntgenstrålar från Chandra (lila) har kombinerats med optiska data från NASA:s Hubble Space Telescope (röd, grön, och blå). Chandra-data avslöjar närvaron av mycket ljusa röntgenkällor, mest sannolikt binära system som drivs av antingen ett svart hål med stjärnmassa eller neutronstjärna, i en märklig ring. Resultaten rapporteras i en ny artikel ledd av Anna Wolter från INAF-Osservatorio Astronomico di Brera i Milano, Italien.

Var kom ringen av svarta hål eller neutronstjärnor i AM 0644 ifrån? Astronomer tror att den skapades när en galax drogs in i en annan galax av tyngdkraften. Den första galaxen genererade krusningar i den andra galaxens gas, AM 0644, ligger nere till höger. Dessa krusningar producerade sedan en expanderande ring av gas i AM 0644 som utlöste födelsen av nya stjärnor. Den första galaxen är möjligen den som finns i nedre vänstra delen av bilden.

Den mest massiva av dessa spirande stjärnor kommer att ha korta liv – i kosmiska termer – på miljoner år. Efter det, deras kärnbränsle är förbrukat och stjärnorna exploderar som supernovor och lämnar efter sig antingen svarta hål med en massa som vanligtvis är mellan fem och tjugo gånger solens, eller neutronstjärnor med en massa som är ungefär lika med solens.

Vissa av dessa svarta hål eller neutronstjärnor har nära sällskapsstjärnor, och sifongas från deras stjärnpartner. Denna gas faller mot det svarta hålet eller neutronstjärnan, bildar en snurrande skiva som vatten som cirkulerar ett avlopp, och blir upphettad av friktion. Denna överhettade gas producerar stora mängder röntgenstrålar som Chandra kan upptäcka.

Medan en ring av svarta hål eller neutronstjärnor är spännande i sig, Det finns mer i historien om AM 0644. Alla röntgenkällor som upptäckts i ringen av AM 0644 är tillräckligt ljusa för att klassificeras som ultraluminösa röntgenkällor (ULX). Detta är en klass av objekt som producerar hundratals till tusentals gånger mer röntgenstrålar än de flesta "normala" binära system där en följeslagare är i omloppsbana runt en neutronstjärna eller ett svart hål. Fram till nyligen trodde de flesta astronomer att ULX i allmänhet innehöll svarta hål av stjärnmassa, med möjlig närvaro i vissa fall av mellanmassa svarta hål (IMBH) som innehåller över hundra gånger solens massa. Dock, detta tänk omkullkastades när några ULX i andra galaxer, inklusive M82 och M51, visade sig innehålla neutronstjärnor.

Flera andra förklaringar förutom IMBHs har föreslagits för den intensiva röntgenstrålningen av ULX. De inkluderar ovanligt snabb tillväxt av det svarta hålet eller neutronstjärnan, eller geometriska effekter som härrör från tratten av infallande material längs magnetfältslinjer.

Identiteten för de enskilda ULX:erna i AM 0644 är för närvarande okänd. De kan vara en blandning av svarta hål och neutronstjärnor, och det är också möjligt att de alla är svarta hål eller alla neutronstjärnor.

Inte alla röntgenkällor i bilden finns i ringen av AM 0644. En av källorna är ett snabbt växande svart hål som ligger långt bakom galaxen på ett avstånd av 9,1 miljarder ljusår från jorden. En annan spännande källa som upptäckts av Chandra är ett växande supermassivt svart hål som ligger i mitten av galaxen. I den nya studien, forskarna använde också Chandra-observationer för att studera sex andra ringgalaxer utöver AM 0644. Totalt 63 källor upptäcktes i de sju galaxerna, och 50 av dem är ULX. Författarna ser ett större genomsnittligt antal ULX per galax i dessa ringgalaxer än i andra typer av galaxer. Ringgalaxer har stimulerat astronomernas intresse eftersom de är idealiska testbäddar för att undersöka modeller av hur dubbelstjärnor bildas, och förstå ursprunget till ULX.

Uppsatsen som beskriver studien av AM 0644 och dess systerringgalaxer dök upp den 10 augusti, 2018 års nummer av Astrofysisk tidskrift och är tillgänglig online.