I den närliggande Whirlpool-galaxen och dess följegalax, M51b, två supermassiva svarta hål värms upp och slukar omgivande material. Dessa två monster borde vara de mest lysande röntgenkällorna i sikte, men en ny studie med observationer från NASA:s NuSTAR-uppdrag (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) visar att ett mycket mindre föremål konkurrerar med de två giganterna.

De mest fantastiska egenskaperna hos Whirlpool-galaxen – officiellt känd som M51a – är de två långa, stjärnfyllda "armar" som ringlar runt det galaktiska centrumet som band. Den mycket mindre M51b klamrar sig fast som en havstulpan vid kanten av bubbelpoolen. Tillsammans känd som M51, de två galaxerna smälter samman.

I mitten av varje galax finns ett supermassivt svart hål som är miljontals gånger mer massivt än solen. Den galaktiska sammanslagningen borde trycka in enorma mängder gas och damm i de svarta hålen och i omloppsbana runt dem. I tur och ordning, den intensiva gravitationen av de svarta hålen bör få det kretsande materialet att värmas upp och stråla ut, bildar ljusa skivor runt var och en som kan överglänsa alla stjärnor i deras galaxer.

Men inget av det svarta hålet strålar så starkt i röntgenområdet som forskare kan förvänta sig under en sammanslagning. Baserat på tidigare observationer från satelliter som upptäcker lågenergiröntgenstrålar, såsom NASA:s Chandra X-ray Observatory, forskare trodde att lager av gas och damm runt det svarta hålet i den större galaxen blockerade extra utsläpp. Men den nya studien, publiceras i Astrofysisk tidskrift , använde NuSTARs högenergiröntgensyn för att titta under dessa lager och fann att det svarta hålet fortfarande är svagare än förväntat.

"Jag är fortfarande förvånad över detta fynd, " sade studiens huvudförfattare Murray Brightman, en forskare vid Caltech i Pasadena, Kalifornien. "Galaktiska sammanslagningar är tänkta att generera tillväxt av svarta hål, och beviset på det skulle vara stark emission av högenergiröntgenstrålar. Men det ser vi inte här."

Brightman tror att den mest troliga förklaringen är att svarta hål "flimmer" under galaktiska sammanslagningar snarare än att stråla ut med en mer eller mindre konstant ljusstyrka under hela processen.

"Den flimrande hypotesen är en ny idé på området, sa Daniel Stern, en forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena och projektforskare för NuSTAR. "Vi brukade tro att det svarta hålets variabilitet inträffade på tidsskalor av miljoner år, men nu tror vi att dessa tidsskalor kan vara mycket kortare. Att ta reda på hur kort ett område av aktiva studier är."

Liten men lysande

Tillsammans med de två svarta hålen som utstrålar mindre än forskarna förväntade sig i M51a och M51b, den förra är också värd för ett objekt som är miljontals gånger mindre än något av de svarta hålen men som ändå lyser med samma intensitet. De två fenomenen hänger inte ihop, men de skapar ett överraskande röntgenlandskap i M51.

Den lilla röntgenkällan är en neutronstjärna, en otroligt tät materialklump som blir över efter att en massiv stjärna exploderar i slutet av sin livstid. En typisk neutronstjärna är hundratusentals gånger mindre i diameter än solen – bara lika bred som en stor stad – men har en till två gånger massan. En tesked neutronstjärnematerial skulle väga mer än 1 miljard ton.

Trots deras storlek, neutronstjärnor ger sig ofta till känna genom intensiva ljusemissioner. Neutronstjärnan som finns i M51 är ännu ljusare än genomsnittet och tillhör en nyupptäckt klass som kallas ultraluminösa neutronstjärnor. Brightman sa att vissa forskare har föreslagit att starka magnetfält som genereras av neutronstjärnan kan vara ansvariga för ljusemissionen; en tidigare artikel av Brightman och kollegor om denna neutronstjärna stöder den hypotesen. Några av de andra ljusa, Högenergiröntgenkällor som ses i dessa två galaxer kan också vara neutronstjärnor.