Astrofysikere fanger en ny klasse af forbigående objekter

Flyt til side, AT2018COW. Der er en ny astronomisk forbigående i universet, og det er hurtigere, tungere og lysere ved radiobølgelængder end dens mystiske forgængere.

Efter at astronomer visuelt så et lyst udbrud i en lille galakse 500 millioner lysår væk fra Jorden i 2016, et team ledet af Northwestern University har fastslået, at anomalien er den tredje hurtige blå optiske transient (FBOT), der nogensinde er fanget i radio- og røntgenbølgelængder.

En meget lysende familie af kosmiske eksplosioner, FBOT'er har en track record for at overraske astronomer med deres hurtige, energisk, kraftige energiudbrud. Som deres navn antyder, transienter falmer næsten lige så hurtigt, som de vises. Den måske mest berømte FBOT er AT2018COW ("Koen") - en sjælden begivenhed, der så ud til at være fødslen af ​​et sort hul eller en neutronstjerne. Men den nyligt identificerede FBOT, kaldet CRTS-CSS161010 J045834-081803 eller CSS161010 for kort, har i høj grad overskygget koen med de store hastigheder og tyngde af dens materialeudstrømninger.

CSS161010, faktisk, har produceret nogle af de hurtigste udstrømninger i naturen, udsendelse af gas og partikler med mere end 55 % af lysets hastighed. Dens forbløffende hurtige udstrømninger er også de tungeste dokumenterede for sin klasse.

"Dette var uventet, " sagde Northwesterns Deanne Coppejans, hvem er førsteforfatter til undersøgelsen. "Vi kender til energiske eksplosioner, der kan skubbe materiale ud med næsten lysets hastighed, specifikt gammastråleudbrud, men de sender kun en lille mængde masse - omkring 1 milliontedel af solens masse. CSS161010 lancerede 1 til 10 procent af solens masse ved mere end halvdelen af ​​lysets hastighed - bevis på, at dette er en ny klasse af transient."

"Vi troede, vi vidste, hvad der producerede de hurtigste udstrømninger i naturen, " sagde Northwesterns Raffaella Margutti, en seniorforfatter af undersøgelsen. "Vi troede, at der kun var to måder at producere dem på - ved at kollapse en massiv stjerne med et gammastråleudbrud eller to neutronstjerner, der smeltede sammen. Vi troede, det var det. Med denne undersøgelse, vi introducerer en tredje måde at starte disse udstrømme på. Der er et nyt udyr derude, og det er i stand til at producere det samme energiske fænomen."

Forskningen blev offentliggjort i dag (26. maj) i The Astrofysiske tidsskriftsbreve .

Margutti er assisterende professor i fysik og astronomi ved Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences og medlem af CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). Coppejans er postdoc i CIERA og en del af Marguttis forskergruppe for transienter.

'Mærkelige supernovaer'

FBOT'er (udtales F-bot) er en type kosmisk eksplosion, der oprindeligt detekteres i den optiske bølgelængde. Så varme, at de lyser blåt, FBOT'er når maksimal lysstyrke inden for få dage og falmer derefter hurtigt - meget hurtigere end standard supernovaer stiger og forfalder. Selvom astronomer anerkendte FBOT'er som deres egen klasse i 2014, de antager, at disse mærkværdige anomalier har stukket vores nattehimmel i meget længere tid.

"Disse har sandsynligvis været inde i vores arkiver i lang tid, men vi genkendte dem ikke som noget anderledes, " sagde Margutti. "Vi så fejl i andre galakser, som vi ikke kunne forklare. Men vi kunne ikke få information uden for den optiske bølgelængde, så vi kunne ikke undersøge dem nærmere. Vi ville bare kalde dem 'underlige supernovaer'."

Marguttis team kombinerer flere observatorier for at samle mere indsigt i disse mystiske eksplosioner. I 2016 forskere ved Catalina Real-time Transient Survey og All Sky Automated Supernova Survey (ASAS-SN) spottede uafhængigt CSS161010 med optiske bølgelængder. Et ASAS-SN-hold henvendte sig derefter til Margutti og Coppejans for at se nærmere på deres ekspertise inden for røntgen og radiobølger.

Fordi Northwestern har fjernadgang til Keck Observatory, som har de største optiske og infrarøde teleskoper i USA, de var i stand til at observere fænomenet direkte. (Northwestern er en af ​​kun fire institutioner i USA, der har sådan adgang.)

"De optiske bølgelængder kan fortælle os om partiklerne, der bevæger sig langsomt i en eksplosion. Men 'bevæger sig langsomt' er stadig 10, 000 kilometer i sekundet, " sagde Margutti. "Hvis du vil se de hurtigere partikler, så skal man bruge røntgenstråler og radiobølger. Så kan du sætte dem alle sammen for at se et mere komplet billede."

Selvom astrofysikerne konkluderede, at CSS161010 absolut er en FBOT, de vil måske aldrig vide, at det er sandt, underliggende natur. Det blussede simpelthen op og forsvandt derefter for hurtigt. Stadig, de har et gæt.

"Vi tror, ​​det er en meget sjælden type stjerneeksplosion, " sagde Coppejans. "Selvom det er mindre sandsynligt, CSS161010 kunne i stedet være en stjerne, der bliver spist af et mellemstort sort hul."

"Koen og CSS161010 var meget forskellige med hensyn til, hvor hurtigt de var i stand til at fremskynde disse udstrømninger, " sagde Margutti. "Men de deler en ting - denne tilstedeværelse af et sort hul eller neutronstjerne indeni. Det er den vigtigste ingrediens."

CSS161010s mærkelige hjem

Før astronomer opdagede CSS161010, de havde ikke lagt mærke til den lille galakse, som den befandt sig i. Den utroligt lyse FBOT henledte opmærksomheden på en dværggalakse nær stjernebilledet Eridanus, som er formet som en flod på den sydlige himmelhalvkugle. Værtsgalaksen indeholder omkring 10 millioner stjerner, hvorimod Mælkevejen omfatter milliarder. Med fjernadgang til Keck-teleskoperne på Hawaii, Northwestern-forskerne var i stand til at skimte den lille galakse, som ikke lignede mere end en lille klat.

Indtil nu, astronomer har kun fundet lyse FBOT'er som CSS161010 og koen i disse små galakser, hvilket giver et fingerpeg om deres natur. Selvom Margutti og Coppejans endnu ikke helt har udforsket disse spor, de spekulerer i, at små galakser måske er mere tilbøjelige til at rumme transienter, fordi disse galakser indeholder så lave niveauer af metaller. (Astronomer bruger ordet "metaller" til at inkludere alle materialer undtagen brint og helium.)

Mængden af ​​metaller påvirker, hvor meget masse stjerner mister gennem deres levetid i form af stjernevind. En stjerne uden metaller kan potentielt beholde mere af sin masse, producerer en større eksplosion i slutningen af ​​dens levetid.

Giacomo Terraran, en postdoc ved CIERA, tog Keck-observationerne for at undersøge galaksen og hjælpe med at forstå FBOT i den.

"Hver gang en stjerne dør eller neutronstjerner smelter sammen, de giver metaller tilbage til miljøet, " sagde Terreran. "Små galakser har en lille mængde metaller, fordi ikke mange stjerner er døde der. Dette har indflydelse på, hvordan andre stjerner lever deres liv. Vi tror, ​​at det ikke er tilfældigt, at vi kun finder disse meget sjældne transienter i disse små galakser."

Til dette arbejde, et internationalt hold af astrofysikere brugte Keck Observatorys lavopløsnings-billedspektrometer og Deep Imaging og Multi-Object Spectrograph, Multiple Mirror Telescope, Chandra X-ray Observatory, Karl J. Jansky Very Large Array og Giant Metrewave Radio Telescope.