Studerende, der graver i dataarkiv, finder mystisk røntgenkilde

En gådefuld røntgenkilde, der blev afsløret som en del af et datamineprojekt for gymnasieelever, viser uudforskede veje gemt i det store arkiv af ESA's XMM-Newton røntgenobservatorium.

Da XMM-Newton blev lanceret i 1999, de fleste elever, der afslutter gymnasiet i dag, er ikke engang født. Alligevel har ESA's næsten to årtier gamle røntgenobservatorium mange overraskelser, der skal udforskes af den næste generation af videnskabsmænd.

En smag af nye opdagelser blev afsløret i et nyligt samarbejde mellem forskere ved National Institute of Astrophysics (INAF) i Milano, Italien, og en gruppe 12. klasses elever fra en gymnasieskole i det nærliggende Saronno.

Den frugtbare interaktion var en del af Exploring the X-ray Transient and variable Sky-projektet, EKSTRA, en international forskningsundersøgelse af variable kilder fra de første 15 år med XMM-Newton-observationer.

"Vi udgav for nylig EXTraS-kataloget, som omfatter alle røntgenkilder - omkring en halv million - hvis lysstyrke ændrer sig over tid som observeret af XMM-Newton, og lister flere observerede parametre for hver kilde, " siger Andrea De Luca, en af ​​de videnskabsmænd, der koordinerede elevprojektet.

"Det næste skridt var at dykke ned i dette enorme datasæt og finde potentielt interessante kilder, og vi tænkte, at dette ville være en spændende udfordring for en studenterpraktik, " tilføjer Andrea.

Forskere ved INAF i Milano har samarbejdet med lokale skoler i et par år, at være vært for flere grupper af studerende på instituttet i et par uger og integrere dem i de forskellige forskningsgruppers aktiviteter.

"For dette særlige projekt, eleverne fik en introduktion om astronomi og de eksotiske kilder, vi studerer med røntgenteleskoper, samt en tutorial om databasen og hvordan man bruger den, " forklarer Ruben Salvaterra, en anden videnskabsmand involveret i programmet.

"Når de var klar til at udforske dataarkivet, de viste sig meget effektive og ressourcestærke."

De seks studerende analyserede omkring 200 røntgenkilder, ser på deres lyskurve – en graf, der viser objektets variabilitet over tid – og tjekker den videnskabelige litteratur for at verificere, om de allerede var blevet undersøgt.

Til sidst, de identificerede en håndfuld kilder, der udviser interessante egenskaber – et kraftigt blus, for eksempel – som ikke tidligere var blevet rapporteret af andre undersøgelser.

"En af kilderne skilte sig ud som særligt spændende, " siger Andrea.

Med den korteste flare af alle analyserede objekter, denne kilde ser ud til at være placeret i kuglehoben NGC 6540 – en tæt gruppe af stjerner – og var ikke blevet undersøgt før.

Efter at have præsenteret deres resultater for forskerne på et seminar, eleverne gik tilbage til skolen. Men arbejdet for Andrea, Ruben og samarbejdspartnere var kun lige begyndt.

"Kilden identificeret af eleverne viser lysstyrkeændringer som ingen andre kendte objekter, så vi begyndte at se mere detaljeret, siger Ruben.

En ellers lav lysstyrkekilde til røntgenstråler, XMM-Newton så det lysne med op til 50 gange det normale niveau i 2005, og falder hurtigt igen efter cirka fem minutter.

Stjerner som vores sol skinner moderat i røntgenstråler, og lejlighedsvis gennemgå flares, der øger deres lysstyrke som den, der observeres i denne kilde. Imidlertid, sådanne hændelser varer normalt meget længere – op til et par timer eller endda dage.

På den anden side, korte udbrud observeres i binære stjernesystemer, der er vært for en tæt stjernerest som neutronstjerne, men disse udgydelser af røntgenstråler er karakteriseret ved en meget højere lysstyrke.

"Denne begivenhed udfordrer vores forståelse af røntgenudbrud:for kort til at være en almindelig stjerneudbrud, men for svag til at blive knyttet til en kompakt genstand, " forklarer samarbejdspartner Sandro Mereghetti, hovedforfatter af papiret, der præsenterer resultaterne.

En anden mulighed er, at kilden er en såkaldt kromosfærisk aktiv binær, et dobbelt system af stjerner med intens røntgenaktivitet forårsaget af processer i deres kromosfære, et mellemlag i en stjernes atmosfære. Men selv i dette tilfælde, det svarer ikke nøje til egenskaberne for noget kendt objekt i denne klasse.

Forskerne formoder, at denne ejendommelige kilde ikke er unik, og at andre objekter med lignende egenskaber lurer i XMM-Newton-arkivet, men endnu ikke er blevet identificeret på grund af kombinationen af ​​lav lysstyrke og kort varighed af blussen.

"Den systematiske undersøgelse af variabilitet, der førte til kompileringen af ​​EXTraS-kataloget, sammen med dette første forsøg på data mining, foreslår, at vi har åbnet en ny, uudforsket vindue på røntgenuniverset, " tilføjer Sandro.

Holdet planlægger at studere den nyligt identificerede kilde mere detaljeret for bedre at forstå dens natur, mens du søger efter flere lignende objekter i arkivet.

"Det er spændende at finde skjulte juveler som denne kilde i XMM-Newtons arkiv, og at unge studerende hjælper os med at finde dem, mens de lærer og har det sjovt, " slutter Norbert Schartel, XMM-Newton-projektforsker ved ESA.