Ko-mysteriet slår tilbage:To mere sjældne, eksplosive begivenheder fanget

'Koen' er ikke alene; med hjælp fra W. M. Keck Observatory på Maunakea på Hawaii, astronomer har opdaget to mere lignende det - 'Koala' og et lignende mystisk lys objekt kaldet CSS161010. Denne trio af hurtige blå optiske transienter (FBOT'er) ser ud til at være slægtninge, alle tilhører en meget lysende familie, der har en track record for at overraske astronomer med deres hurtige, kraftige energiudbrud.

'Koalaen, ' som er et kaldenavn, der stammer fra bagenden af ​​dets officielle navn ZTF18abvkwla, pludselig dukkede op som en lysende ny kilde på den optiske himmel, før den forsvandt inden for blot et par nætter. Et team af astronomer hos Caltech indså, at denne adfærd lignede 'koen' og bad om radioobservationer for at se, om de to var forbundet.

"Da jeg reducerede dataene, Jeg troede jeg lavede en fejl, " sagde Anna Ho, kandidatstuderende i astronomi ved Caltech og hovedforfatter af undersøgelsen. "'Koalaen' lignede 'koen', men radioudsendelsen var ti gange lysere - så lysende som et gammastråleudbrud!"

Ho og hendes forskerholds papir er offentliggjort i dagens udgave af The Astrofysisk tidsskrift .

Endnu en kosmisk eksplosion af denne type, CSS161010, fascineret et hold af astronomer ledet af Northwestern University. Baseret på radioobservationer, de beregnede dette forbigående opsendte materiale ud i rummet hurtigere end 0,55 gange lysets hastighed.

"Dette var uventet, " sagde Deanne Coppejans, postdoc ved Northwestern University og hovedforfatter af undersøgelsen om CSS161010. "Vi kender til energiske stjerneeksplosioner, der kan skubbe materiale ud med næsten lysets hastighed, specielt gammastråleudbrud, men de sender kun en lille mængde masse - omkring 1 milliontedel af Solens masse. CSS161010 lancerede 1 til 10 procent af Solens masse til relativistiske hastigheder - bevis på, at dette er en ny klasse af transient!"

Coppejans og hendes teams papir er offentliggjort i dagens udgave af The Astrofysiske tidsskriftsbreve .

Disse tre mærkelige begivenheder udgør en ny undertype af FBOT'er, som for første gang blændede verden i sommeren 2018, da 'koen, ' en forkortelse for AT2018cow, eksploderede på himlen.

Tre måneder senere, Ho's hold fangede 'Koalaen.' Selvom 'Koen' var den første, der skabte verdensoverskrifter, CSS161010 var faktisk den første FBOT opdaget med lysende radio og røntgen emission, men astronomer vidste ikke, hvordan de skulle fortolke disse fund endnu.

"På det tidspunkt, der var virkelig ingen teoretisk model, der forudsagde lyse radioemissioner fra lyse FBOT'er, " sagde Coppejans. "Det var ikke før vi udførte opfølgende radio- og røntgenobservationer, at den sande natur af CSS161010 afslørede sig selv. At se det ved disse bølgelængder er vigtigt, fordi dataene viste, at vi kiggede på noget nyt og meget energisk."

Det, der gør disse lysende FBOT'er mærkelige, er, at de ligner supernovaeksplosioner, men blusser op og forsvinder meget hurtigere. De er også ekstremt varme, får dem til at se mere blå ud

i farve end dine standard supernovaer.

Også, mens disse nye FBOT-eksplosioner er lige så voldsomme som lange gamma-stråleudbrud (GRB'er) og også kan starte udstrømninger med relativistiske hastigheder, deres observationssignaturer er forskellige ved, at de er omgivet af en masse cirkumstellært stof. Og i modsætning til GRB'er, 'Ko' og CSS161010 indeholder brint.

"Vi ser ikke disse to grundstoffer i GRB-supernovaspektre, fordi vi tror, ​​at GRB'er kommer fra døende stjerner, der blev 'fjernet' for deres brint- og helium-konvolutter, før de kollapsede i et nyt sort hul, " sagde Ho.

Oprindelse af Luminous FBOTS

De to hold brugte Keck Observatory's Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) og DEEP Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) til at karakterisere værtsgalakserne i 'Koala' og CSS161010; de fandt, at begge FBOT'er kommer fra dværggalakser med lav masse, ligesom 'koen'.

"Værtsgalaksen CSS161010 er så lille, at kun et 10 meter klasseteleskop som Keck kan opsamle nok lys til at give os mulighed for fysisk at modellere emissionen, " sagde medforfatter Giacomo Terreran, postdoc ved Northwestern University's CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research for Astrophysics). "Bemærkelsesværdigt, Keck-dataene viste værtsgalakserne CSS161010, 'Koalaen, ' og 'Koen, ' mens den er lille, danner aktivt stjerner, hvilket indikerer, at deres hjemmebase har en meget lille stjernemasse, der er typisk for dværggalakser."

"Dette indikerer sandsynligvis dværggalaksens egenskaber, såsom metallicitet eller dannelseshistorie, kan tillade nogle meget sjældne evolutionære stier af stjerner, der fører til de mest voldsomme eksplosioner, sagde Coppejans.

Mens begge hold tilskriver eksplosioner af massive stjerner som den mest sandsynlige årsag til disse nye FBOT'er, en anden mulighed, der stadig overvejes, er, at de stammer fra stjerner, der bliver fortæret af sorte huller. Hvis så, denne nye klasse af FBOT'er kan være nøglen i jagten på mellemstore sorte huller, som endnu ikke er opdaget. Generelt, jo mere massiv en galakse er, jo tungere er dets centrale sorte hul; følger denne tendens, det forventes, at dværggalakser er kandidater til at være vært for sorte huller med mellemmasse.

"En idé er, at FBOT'er kan være opblussen af ​​en stjerne, der bliver revet fra hinanden af ​​et sort hul med mellemmasse. Hvis dette er tilfældet, så kunne de potentielt være beacons til at hjælpe med at finde disse undvigende sorte huller, " sagde CSS161010 medforfatter Rafaella Margutti, assisterende professor i fysik og astronomi ved Northwestern University og fakultetsmedlem af Northwesterns CIERA.

Mens oprindelsen af ​​denne type FBOT stadig diskuteres heftigt, de nye data giver frisk indsigt i, hvordan de kan være dannet.

"Observationerne beviser, at de mest lysende FBOT'er har en 'central motor' - en kilde som en neutronstjerne eller et sort hul, der driver transienten, " sagde Margutti. "Det er endnu ikke klart, om disse lyse FBOT'er er sjældne supernovaer, stjerner bliver revet i stykker af sorte huller, eller andre energetiske fænomener. Multibølgelængdeobservationer af flere FBOT'er og deres miljø vil besvare dette spørgsmål."

Metode og næste trin

På grund af deres ekstremt hurtige stigning til maksimalt lys, disse sjældne FBOT'er er svære at opdage. Men den seneste udvikling inden for optiske undersøgelser med høj kadence, der scanner enorme dele af himlen hver nat, gør jagten på sjældne, kortvarige transienter mere gennemførlige. Nøglen til at bestemme deres sande natur er at udføre opfølgende multi-bølgelængdeobservationer.

'Koala'en blev først opdaget ved hjælp af Zwicky Transient Facility ved Palomar Observatory. Ho's hold brugte derefter Hale-teleskopet til at opnå spektre, efterfulgt af Very Large Array (VLA) og Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) til at udføre radioobservationer.

CSS161010 blev først fanget af Catalina Real-time Transient Survey og uafhængigt opdaget af All-Sky Automated Survey for Supernovae. Coppejans og hendes team udførte derefter opfølgende radioobservationer med VLA og GMRT, og røntgenobservationer med NASAs Chandra røntgenobservatorium.

Radioemissionen frembringes af chokbølgen af ​​materialet, der slår ind i det omgivende medium med mere end 0,55 gange lysets hastighed, men røntgen-emissionen kan ikke forklares på denne måde. Holdet spekulerer i, at de måske direkte ser den centrale motor i røntgenstråler, ligesom i 'Ko'.

"En lektie er, at FBOT'er har vist sig sjældnere og sværere at finde, end nogle af os håbede, i radiobandet er de også meget mere lysende, end vi havde gættet, giver os mulighed for at levere ganske omfattende data selv om begivenheder, der er langt væk, " sagde Daniel Perley, lektor ved Liverpool John Moores University's Astrophysics Research Institute og medforfatter til 'Koala'-undersøgelsen.

"Disse observationer af 'Koala' og CSS161010 viser, hvor meget vi kan lære af radio- og røntgenobservationer af FBOT'er, " sagde Ho. "Udfordringen fremadrettet er at afgrænse forskellige FBOT-undertyper og at udvikle mere præcist ordforråd. Det er spændende at være med til at undersøge et nyt og uventet fænomen. I videnskaben, du finder nogle gange ikke, hvad du forventede at finde, men undervejs afdækker du nye retninger."