Mystisk kosmisk eksplosion overrasker astronomer, der studerer det fjerne røntgenunivers

Et mystisk glimt af røntgenstråler er blevet opdaget af NASAs Chandra X-ray Observatory i det dybeste røntgenbillede, der nogensinde er opnået. Denne kilde kommer sandsynligvis fra en slags destruktiv begivenhed, men det kan være af en variation, som videnskabsmænd aldrig har set før.

Røntgenkilden blev oprindeligt opdaget i oktober 2014 af Bin Luo, en Penn State postdoc-forsker; Niel Brandt, Verne M. Willaman professor i astronomi og astrofysik og professor i fysik i Penn State; og Franz Bauer, en lektor i astrofysik ved det pavelige katolske universitet i Chile i Santiago, Chile. Luo er siden flyttet fra Brandts gruppe for at blive professor i astronomi og rumvidenskab ved Nanjing University i Kina, og Bauer havde været postdoktor i Brandts gruppe fra 2000 til 2003. Dataene blev indsamlet ved hjælp af Advanced CCD Imaging Spectrometer på Chandra, et instrument udtænkt og designet af et team ledet af Penn State Evan Pugh professor emeritus i astronomi og astrofysik Gordon Garmire.

"Denne opblussende kilde var en vidunderlig overraskelsesbonus, som vi ved et uheld opdagede i vores bestræbelser på at udforske den dårligt forståede verden af ​​det ultra-svage røntgenunivers, " sagde Brandt. "Vi har bestemt 'held' med dette fund og har nu et spændende nyt forbigående fænomen at udforske i de kommende år."

Beliggende i et område på himlen kendt som Chandra Deep Field-South (CDF-S), røntgenkilden har bemærkelsesværdige egenskaber. Før oktober 2014, denne kilde blev ikke påvist i røntgenstråler, men så brød det ud og blev mindst en faktor 1, 000 lysere på få timer. Efter cirka et døgn, kilden var falmet fuldstændig under Chandras følsomhed.

Tusindvis af timers arvedata fra Hubble- og Spitzer-rumteleskoperne hjalp med at fastslå, at begivenheden kom fra en besvimelse, lille galakse omkring 10,7 milliarder lysår fra Jorden. I et par minutter, røntgenkilden producerede tusind gange mere energi end alle stjernerne i denne galakse.

"Lige siden opdagelsen af ​​denne kilde, vi har kæmpet for at forstå dens oprindelse, " sagde Bauer. "Det er som om vi har et puslespil, men vi har ikke alle brikkerne."

To af de tre vigtigste muligheder for at forklare røntgenkilden fremkalder gamma-ray burst (GRB) hændelser. GRB'er er jetted-eksplosioner, der udløses enten af ​​kollaps af en massiv stjerne eller ved sammensmeltning af en neutronstjerne med en anden neutronstjerne eller et sort hul. Hvis strålen peger mod jorden, et udbrud af gammastråler detekteres. Efterhånden som strålen udvider sig, det mister energi og producerer svagere, mere isotrop stråling ved røntgenstråler og andre bølgelængder.

Mulige forklaringer på CDF-S røntgenkilden, ifølge forskerne, er en GRB, der ikke peger mod Jorden, eller en GRB, der ligger ud over den lille galakse. En tredje mulighed er, at et mellemstort sort hul makulerede en hvid dværgstjerne.

"Ingen af ​​disse ideer passer perfekt til dataene, " sagde medforfatter Ezequiel Treister, også af det pavelige katolske universitet, "men så igen, vi har sjældent eller nogensinde set nogen af ​​de foreslåede muligheder i faktiske data, så vi forstår dem slet ikke godt. "

Den mystiske røntgenkilde blev ikke set i løbet af de to og en halv måneds eksponeringstid, som Chandra har observeret CDF-S-regionen, som har været spredt over de seneste 17 år. I øvrigt, ingen lignende begivenheder er endnu fundet i Chandra-observationer af andre dele af himlen.

Denne røntgenkilde i CDF-S har andre egenskaber end de endnu uforklarede variable røntgenkilder, der er opdaget i de elliptiske galakser NGC 5128 og NGC 4636 af Jimmy Irwin fra University of Alabama og samarbejdspartnere University of Alabama og samarbejdspartnere. I særdeleshed, CDF-S-kilden er sandsynligvis forbundet med fuldstændig ødelæggelse af en neutronstjerne eller hvid dværg, og er omkring 100, 000 gange mere lysende i røntgenstråler. Det er også placeret i en meget mindre og yngre værtsgalakse, og detekteres kun under en enkelt, flere timers udbrud.

"Vi har muligvis observeret en helt ny type katastrofal hændelse, " sagde medforfatter Kevin Schawinski, fra ETH Zürich i Schweiz. "Hvad end det er, Der skal mange flere observationer til for at finde ud af, hvad vi ser."

Yderligere meget målrettede søgninger gennem Chandra-arkivet og ESA's XMM-Newton og NASA's Swift-satellit kan afsløre flere eksempler på denne type variable objekter, som indtil nu er gået ubemærket hen. Fremtidige røntgenobservationer foretaget af Chandra og andre røntgenobservatorier, såsom den planlagte kinesiske Einstein-sonde, kan også afsløre det samme fænomen fra andre objekter.

Hvis røntgenkilden var forårsaget af en GRB udløst af sammensmeltningen af ​​neutronstjerne med et sort hul eller en anden neutronstjerne, så ville der også være blevet produceret gravitationsbølger. . Hvis en sådan begivenhed skulle finde sted tættere på Jorden, det kan være påviseligt med Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

Et dybtgående papir, der beskriver dette resultat, vises i juni 2017-udgaven af Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society og er tilgængelig online.

Den oprindelige opdagelse blev kort rapporteret i The Astronomer's Telegram i 2014 af Luo, Brandt, og Bauer.