Den här bilden har en spektakulär uppsättning ringar runt ett svart hål, fångade med hjälp av NASA:s Chandra X-ray Observatory och Neil Gehrels Swift Observatory. Röntgenbilderna av jätteringarna avslöjar information om damm som finns i vår galax, med en liknande princip som de röntgenstrålar som utförs på läkarmottagningar och flygplatser.

Det svarta hålet är en del av ett binärt system som kallas V404 Cygni, ligger cirka 7, 800 ljusår från jorden. Det svarta hålet drar aktivt material bort från en medföljande stjärna - med ungefär hälften av solens massa - till en skiva runt det osynliga föremålet. Detta material lyser i röntgenstrålar, så astronomer hänvisar till dessa system som "röntgenbinärer."

Den 5 juni, 2015, Swift upptäckte en skur av röntgenstrålar från V404 Cygni. Explosionen skapade högenergiringarna från ett fenomen som kallas ljusekon. Istället för att ljudvågor studsar mot en kanjonvägg, ljusekonen runt V404 Cygni producerades när en skur av röntgenstrålar från det svarta hålssystemet studsade av dammmoln mellan V404 Cygni och jorden. Kosmiskt damm är inte som hushållsdamm utan är mer som rök, och består av små, fasta partiklar.

I denna sammansatta bild, Röntgenstrålar från Chandra (ljusblå) kombinerades med optiska data från Pan-STARRS-teleskopet på Hawaii som visar stjärnorna i synfältet. Bilden innehåller åtta separata koncentriska ringar. Varje ring skapas av röntgenstrålar från V404 Cygni-flammor som observerades 2015 och som reflekteras från olika dammmoln. (En konstnärs illustration förklarar hur ringarna som Chandra och Swift såg producerades. För att förenkla grafiken, illustrationen visar bara fyra ringar istället för åtta.)

Ett team av forskare under ledning av Sebastian Heinz från University of Wisconsin i Madison analyserade 50 Swift-observationer av systemet som gjordes 2015 mellan 30 juni och 25 augusti, och Chandra-observationer som gjordes den 11 och 25 juli, 2015. Det var en så ljus händelse att operatörerna av Chandra medvetet placerade V404 Cygni mellan detektorerna så att ännu en ljus skur inte skulle skada instrumentet.

Ringarna berättar inte bara för astronomerna om det svarta hålets beteende, men också om landskapet mellan V404 Cygni och Jorden. Till exempel, ringarnas diameter i röntgenstrålar avslöjar avstånden till de mellanliggande dammmolnen ljuset rikoscherats av. Om molnet är närmare jorden, ringen verkar vara större, och vice versa. Ljusekon uppträder som smala ringar snarare än breda ringar eller haloer eftersom röntgenskuren varade endast en relativt kort tidsperiod.

Forskarna använde också ringarna för att undersöka egenskaperna hos själva dammmolnen. De jämförde röntgenspektra – dvs. ljusstyrkan hos röntgenstrålar över ett antal våglängder – till datormodeller av damm med olika sammansättning. Olika sammansättningar av damm kommer att resultera i att olika mängder av röntgenstrålar med lägre energi absorberas och förhindras från att upptäckas med Chandra. Detta är en liknande princip som hur olika delar av vår kropp eller vårt bagage absorberar olika mängder röntgenstrålar, ge information om deras struktur och sammansättning.

Teamet fastställde att dammet med största sannolikhet innehåller blandningar av grafit- och silikatkorn. Dessutom, genom att analysera de inre ringarna med Chandra, de fann att densiteten hos dammmolnen inte är enhetlig i alla riktningar. Tidigare studier har antagit att de inte gjorde det.

En artikel som beskriver V404 Cygni-resultaten publicerades den 1 juli, 2016, nummer av The Astrophysical Journal (förtryck). Författarna till studien är Sebastian Heinz, Lia Corrales (University of Michigan); Randall Smith (Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian); Niel Brandt (The Pennsylvania State University); Peter Jonker (Nederländska institutet för rymdforskning); Richard Plotkin (University of Nevada, Reno); och Joey Neilson (Villanova University).

Detta resultat är relaterat till ett liknande fynd av den binära röntgenstrålen Circinus X-1, som innehåller en neutronstjärna snarare än ett svart hål, publicerades i en tidning den 20 juni, 2015, nummer av The Astrofysisk tidskrift , betitlad, "Lord of the Rings:A Kinematic Distance to Circinus X-1 from a Giant X-Ray Light Echo" (förtryck). Denna studie leddes också av Sebastian Heinz.

Det har publicerats flera artiklar varje år som rapporterar studier av V404 Cygni-utbrottet 2015 som orsakade dessa ringar. Tidigare utbrott registrerades 1938, 1956 och 1989, så astronomer kan fortfarande ha många år på sig att fortsätta analysera 2015 års en.