En gruppe af teleskoper finder røntgenmotor inde i en mystisk supernova

ESA's højenergirumteleskoper Integral og XMM-Newton har hjulpet med at finde en kilde til kraftige røntgenstråler i centrum af en hidtil uset lys og hurtigt udviklende stjerneeksplosion, der pludselig dukkede op på himlen tidligere i år.

ATLAS-teleskopet på Hawaii opdagede først fænomenet, siden da navngivet AT2018ko, den 16. juni. Kort efter det, astronomer over hele verden pegede mange rum- og jordbaserede teleskoper mod det nyfundne himmelobjekt, beliggende i en galakse omkring 200 millioner lysår væk.

De indså hurtigt, at dette var noget helt nyt. På kun to dage overskred objektet lysstyrken af ​​enhver tidligere observeret supernova - en kraftig eksplosion af en aldrende massiv stjerne, der driver det meste af sit materiale ud i det omgivende rum, fejer det interstellare støv og gasser op i dets nærhed.

Et nyt papir, accepteret til offentliggørelse i Astrofysisk tidsskrift , præsenterer observationerne fra de første 100 dage af objektets eksistens, dækker hele eksplosionens elektromagnetiske spektrum fra radiobølger til gammastråler.

Analysen, som omfatter observationer fra ESA's Integral og XMM-Newton, samt NASAs NuSTAR og Swift rumteleskoper, fandt en kilde til højenergi røntgenstråler, der sad dybt inde i eksplosionen.

Denne kildes adfærd, eller motor, som afsløret i dataene, antyder, at det mærkelige fænomen enten kunne være et begyndende sort hul eller neutronstjerne med et kraftigt magnetfelt, suger det omgivende materiale ind.

"Den mest spændende fortolkning er, at vi måske for første gang har set fødslen af ​​et sort hul eller en neutronstjerne, " siger Raffaella Margutti fra Northwestern University, USA, hovedforfatter af papiret.

"Vi ved, at sorte huller og neutronstjerner dannes, når stjerner kollapser og eksploderer som en supernova, men aldrig før har vi set en lige ved fødslen, " tilføjer medforfatter Indrek Vurm fra Tartu Observatory, Estland, der arbejdede med at modellere observationerne.

AT2018ko-eksplosionen var ikke kun 10 til 100 gange lysere end nogen anden supernova, der tidligere er observeret:den nåede også toplysstyrken meget hurtigere end nogen anden tidligere kendt begivenhed - på kun et par dage sammenlignet med de sædvanlige to uger.

Integral foretog sine første observationer af fænomenet omkring fem dage efter, at det var blevet rapporteret og fortsatte med at overvåge det i 17 dage. Dens data viste sig at være afgørende for forståelsen af ​​det mærkelige objekt.

"Integral dækker et bølgelængdeområde, som ikke er dækket af nogen anden satellit, siger Erik Kuulkers, Integral projektforsker hos ESA. "Vi har et vist overlap med NuSTAR i højenergirøntgendelen af ​​spektret, men vi kan se højere energier, også."

Så mens data fra NuSTAR afslørede det hårde røntgenspektrum i stor detalje, med Integral var astronomerne i stand til at se spektret af kilden helt, inklusive dens øvre grænse ved bløde gammastråleenergier.

"Vi så en slags bump med en skarp afskæring i spektret i højenergi-enden, " siger Volodymyr Savchenko, en astronom ved universitetet i Genève, Schweiz, der arbejdede på Integral data. "Denne bump er en yderligere komponent af den stråling, der frigives af denne eksplosion, skinner gennem en uigennemsigtig, eller optisk tyk, medium."

"Denne højenergistråling kom højst sandsynligt fra et område med meget varmt og tæt plasma omkring kilden, " tilføjer Carlo Ferrigno, også ved universitetet i Genève.

Fordi Integral blev ved med at overvåge AT2018ko-eksplosionen over en længere periode, dens data var også i stand til at vise, at højenergi røntgensignalet gradvist falmede.

Raffaella forklarer, at denne højenergiske røntgenstråling, der forsvandt, var den såkaldte oparbejdede stråling - stråling fra kilden, der interagerer med materiale, der blev udstødt af eksplosionen. Når materialet bevæger sig væk fra midten af ​​eksplosionen, signalet aftager gradvist og forsvinder til sidst helt.

I dette signal, imidlertid, astronomerne var i stand til at finde typiske mønstre for et objekt, der trækker stof ind fra omgivelserne - enten et sort hul eller en neutronstjerne.

"Dette er den mest usædvanlige ting, vi har observeret i AT2018cow, og det er bestemt noget uden fortilfælde i verden af ​​eksplosive forbigående astronomiske begivenheder, " siger Raffaella.

I mellemtiden XMM-Newton så på denne usædvanlige eksplosion to gange i løbet af de første 100 dage af dens eksistens. Den opdagede den lavere energi-del af sin røntgenstråling, hvilken, ifølge astronomerne, kommer direkte fra motoren i kernen af ​​eksplosionen. I modsætning til de højenergiske røntgenstråler, der kommer fra det omgivende plasma, de lavere-energi røntgenstråler fra kilden er stadig synlige.

Astronomerne planlægger at bruge XMM-Newton til at udføre en opfølgende observation i fremtiden, hvilket vil give dem mulighed for at forstå kildens adfærd over en længere periode mere detaljeret.

"Vi fortsætter med at analysere XMM-Newton-dataene for at prøve at forstå kildens natur, " siger medforfatter Giulia Migliori fra University of Bologna, Italien, der arbejdede på røntgendataene. "Akkrerende sorte huller efterlader karakteristiske aftryk i røntgenstråler, som vi muligvis kan opdage i vores data."

"Denne begivenhed var fuldstændig uventet, og den viser, at der er meget, som vi ikke helt forstår, siger Norbert Schartel, ESA's XMM-Newton-projektforsker. "En satellit, et instrument alene, ville aldrig være i stand til at forstå et så komplekst objekt. Den detaljerede indsigt, vi var i stand til at indsamle i den mystiske AT2018ko-eksplosions indre funktioner, var kun opnåelige takket være det brede samarbejde og kombinationen af ​​mange teleskoper."