Hellig ko! Mystisk eksplosion studeret med NASA-teleskoper

Et kort og usædvanligt glimt blev set på nattehimlen den 16. 2018, undrede astronomer og astrofysikere over hele kloden. Begivenheden - kaldet AT2018ko og kaldet "koen" efter de tilfældige sidste bogstaver i dets officielle navn - er ulig noget himmelsk udbrud, der nogensinde er set før, fremkalder flere teorier om dens kilde.

Over tre dage, koen producerede en pludselig eksplosion af lys, der var mindst 10 gange stærkere end en typisk supernova, og så forsvandt det i løbet af de næste par måneder. Denne usædvanlige begivenhed fandt sted inde i eller nær en stjernedannende galakse kendt som CGCG 137-068, ligger omkring 200 millioner lysår væk i stjernebilledet Hercules. Koen blev først observeret af det NASA-finansierede Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System-teleskop på Hawaii.

Så præcis hvad er koen? Ved at bruge data fra flere NASA-missioner, herunder Neil Gehrels Swift Observatory og Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), to grupper udgiver artikler, der giver mulige forklaringer på koens oprindelse. Et papir hævder, at koen er et monster sort hul, der makulerer en forbipasserende stjerne. Det andet papir antager, at det er en supernova - en stjerneeksplosion - der fødte et sort hul eller en neutronstjerne.

Forskere fra begge hold delte deres fortolkninger ved en paneldebat torsdag, 10. januar, ved det 233. American Astronomical Society-møde i Seattle.

Et sort hul, der makulerer en kompakt stjerne?

En potentiel forklaring på koen er, at en stjerne er blevet revet fra hinanden i det, astronomer kalder en "tidevandsafbrydelseshændelse." Ligesom Månens tyngdekraft får Jordens oceaner til at bule, skabe tidevand, et sort hul har en lignende, men kraftigere effekt på en stjerne, der nærmer sig, i sidste ende bryde det fra hinanden til en strøm af gas. Halen af ​​gasstrømmen slynges ud af systemet, men forkanten svinger tilbage omkring det sorte hul, kolliderer med sig selv og skaber en elliptisk sky af materiale. Ifølge et forskerhold, der bruger data fra infrarød stråling til gammastråler fra Swift og andre observatorier, denne transformation forklarer bedst koens adfærd.

"Vi har aldrig set noget nøjagtigt som koen, hvilket er meget spændende, " sagde Amy Lien, en assisterende forsker ved University of Maryland, Baltimore County og NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Vi tror, ​​at en tidevandsafbrydelse skabte den hurtige, et virkelig usædvanligt lysudbrud i begyndelsen af ​​begivenheden og forklarer bedst Swifts observationer med flere bølgelængder, da den forsvandt i løbet af de næste par måneder."

Lien og hendes kolleger tror, ​​at den revne stjerne var en hvid dværg - en varm, en stjernerest på størrelse med jorden, der markerer den endelige tilstand af stjerner som vores sol. De beregnede også, at det sorte huls masse varierer fra 100, 000 til 1 million gange solens, næsten lige så stor som det centrale sorte hul i dens værtsgalakse. Det er usædvanligt at se sorte huller af denne skala uden for centrum af en galakse, men det er muligt, at koen fandt sted i en nærliggende satellitgalakse eller en kugleformet stjernehob, hvis ældre stjernepopulationer kunne have en højere andel af hvide dværge end gennemsnitlige galakser.

Et papir, der beskriver resultaterne, medforfatter af Lien, vil komme i en fremtidig udgave af tidsskriftet Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society .

"Koen producerede en stor sky af affald på meget kort tid, " sagde hovedforfatter Paul Kuin, en astrofysiker ved University College London (UCL). "At makulere en større stjerne for at producere en sky som denne ville kræve et større sort hul, resultere i en langsommere lysstyrkestigning og tage længere tid, før affaldet er forbrugt."

Eller et nyt syn på en supernova?

Et andet hold af forskere var i stand til at indsamle data om koen over et endnu bredere bølgelængdeområde, spænder fra radiobølger til gammastråler. Baseret på disse observationer, holdet foreslår, at en supernova kunne være kilden til koen. Når en massiv stjerne dør, den eksploderer som en supernova og efterlader enten et sort hul eller et utroligt tæt objekt kaldet en neutronstjerne. Koen kunne repræsentere fødslen af ​​en af ​​disse stjernelevninger.

"Vi så træk i koen, som vi aldrig har set før i en forbigående, eller hurtigt skiftende, objekt, " sagde Raffaella Margutti, en astrofysiker ved Northwestern University i Evanston, Illinois, og hovedforfatter af en undersøgelse om koen, der skal offentliggøres i The Astrofysisk tidsskrift . "Vores team brugte højenergi røntgendata til at vise, at koen har egenskaber, der ligner en kompakt krop som et sort hul eller neutronstjerneforbrugende materiale. Men baseret på, hvad vi så i andre bølgelængder, vi tror, ​​at dette var et særligt tilfælde, og at vi måske har observeret - for første gang - skabelsen af ​​en kompakt krop i realtid."

Marguttis team analyserede data fra flere observatorier, inklusive NASAs NuSTAR, ESA's (European Space Agency's) XMM-Newton og INTEGRAL satellitter, og National Science Foundation's Very Large Array. Holdet foreslår, at det lyse optiske og ultraviolette glimt fra koen signalerede en supernova, og at røntgenstrålingen, der fulgte kort efter udbruddet, opstod fra gas, der udstrålede energi, da den faldt ned på en kompakt genstand.

Typisk, en supernovas ekspanderende affaldssky blokerer alt lys fra den kompakte genstand i midten af ​​eksplosionen. På grund af røntgen-emissionerne, Margutti og hendes kolleger foreslår, at den oprindelige stjerne i dette scenarie kan have været relativt lav i masse, producerer en forholdsvis tyndere affaldssky, gennem hvilken røntgenstråler fra den centrale kilde kunne undslippe.

"Hvis vi ser fødslen af ​​et kompakt objekt i realtid, dette kunne være starten på et nyt kapitel i vores forståelse af stjernernes evolution, " sagde Brian Grefenstette, en NuSTAR instrument videnskabsmand ved Caltech og en medforfatter af Marguttis papir. "Vi så på dette objekt med mange forskellige observatorier, og selvfølgelig jo flere vinduer du åbner på et objekt, jo mere kan du lære om det. Men, som vi ser med koen, det betyder ikke nødvendigvis, at løsningen bliver enkel."