Internationalt hold opdager udbrud af megamagnetisk stjerne i nærliggende galakse

Mens ESA's satellit INTEGRAL observerede himlen, opdagede den et udbrud af gammastråler - højenergifotoner - der kom fra den nærliggende galakse M82. Kun få timer senere søgte ESA's XMM-Newton røntgenrumteleskop efter et efterlys fra eksplosionen, men fandt ingen.

Et internationalt hold, inklusive forskere fra Universitetet i Genève (UNIGE), indså, at udbruddet må have været et ekstra-galaktisk udbrud fra en magnetar, en ung neutronstjerne med et usædvanligt stærkt magnetfelt. Opdagelsen er blevet offentliggjort i tidsskriftet Nature .

Den 15. november 2023 opdagede ESA's satellit INTEGRAL en pludselig eksplosion fra et sjældent objekt. I kun en tiendedel af et sekund dukkede et kort udbrud af energiske gammastråler op på himlen. "Satellitdataene blev modtaget i INTEGRAL Science Data Center (ISDC), der er baseret på Ecogia-stedet for UNIGE Astronomy Department, hvorfra en gammastrålingsalarm blev sendt ud til astronomer over hele verden, kun 13 sekunder efter dets opdagelse." forklarer Carlo Ferrigno, seniorforsker i Astronomiafdelingen ved UNIGE Fakultet for Naturvidenskab, PI i ISDC og medforfatter af publikationen.

IBAS-softwaren (Integral Burst Alert System) gav en automatisk lokalisering, der faldt sammen med galaksen M82, 12 millioner lysår væk. Dette alarmsystem er udviklet og drives af videnskabsmænd og ingeniører fra UNIGE i samarbejde med internationale kolleger.

Et mærkeligt signal fra en nærliggende galakse

"Vi indså med det samme, at dette var en særlig alarm. Gammastråleudbrud kommer langt væk fra og hvor som helst på himlen, men dette udbrud kom fra en lysende galakse i nærheden," forklarer Sandro Mereghetti fra National Institute for Astrophysics (INAF–IASF) ) i Milano, Italien, hovedforfatter af publikationen og bidragyder til IBAS.

Holdet bad straks ESA's XMM-Newton-rumteleskop om at udføre en opfølgende observation af udbruddets placering så hurtigt som muligt. Hvis dette havde været et kort gammastråleudbrud, forårsaget af to kolliderende neutronstjerner, ville kollisionen have skabt gravitationsbølger og have en efterglød i røntgenstråler og synligt lys.

XMM-Newtons observationer viste dog kun den varme gas og stjerner i galaksen. Ved hjælp af jordbaserede optiske teleskoper, herunder det italienske Telescopio Nazionale Galileo og det franske Observatoire de Haute-Provence, ledte de også efter et signal i synligt lys, der startede kun få timer efter eksplosionen, men fandt igen ikke noget.

Uden noget signal i røntgenstråler og synligt lys og ingen gravitationsbølger målt af detektorer på Jorden (LIGO/VIRGO/KAGRA), er den mest sikre forklaring, at signalet kom fra en magnetar.

Magnetarer:Megamagnetiske stjerner, nyligt døde

"Når stjerner mere massive end otte gange solen dør, eksploderer de i en supernova, der efterlader et sort hul eller neutronstjerne. Neutronstjerner er meget kompakte stjernerester med mere end solens masse pakket ind i en kugle på størrelse med kantonen Genève De roterer hurtigt og har stærke magnetiske felter," forklarer Volodymyr Savchenko, seniorforsker ved Astronomiafdelingen ved UNIGE Det Naturvidenskabelige Fakultet, og medforfatter af publikationen.

Nogle unge neutronstjerner har ekstra stærke magnetfelter, mere end 10.000 gange mere end typiske neutronstjerner. Disse kaldes magnetarer. De udsender energi væk i flares, og nogle gange er disse flares gigantiske.

I de sidste 50 års gammastråleobservationer er der dog kun blevet identificeret tre gigantiske udbrud som kommer fra magnetarer i vores galakse. Disse udbrud er meget stærke:Et, der blev opdaget i december 2004, kom fra 30.000 lysår fra os, men var stadig kraftigt nok til at påvirke de øverste lag af Jordens atmosfære, ligesom soludbrud, der kommer meget tættere på os, gør.

Opblussen detekteret af INTEGRAL er den første faste bekræftelse af en magnetisk udblæsning uden for Mælkevejen. M82 er en lysstærk galakse, hvor stjernedannelse finder sted. I disse områder fødes massive stjerner, lever korte turbulente liv og efterlader en neutronstjerne. "Opdagelsen af ​​en magnetar i denne region bekræfter, at magnetarer sandsynligvis er unge neutronstjerner," tilføjer Savchenko.

Jagten på flere magnetarer vil fortsætte i andre ekstra-galaktiske stjernedannende områder for at forstå disse ekstraordinære astronomiske objekter. Hvis astronomer kan finde mange flere, kan de begynde at forstå, hvor ofte disse udbrud sker, og hvordan neutronstjerner mister energi i processen.

INTEGRAL, et nøgleinstrument i et kapløb med tiden

Udbrud af så kort varighed kan kun fanges serendipitalt, når et observatorium allerede peger i den rigtige retning. Dette gør INTEGRAL med sit store synsfelt, mere end 3.000 gange større end det himmelområde, månen dækker, så vigtigt for disse detektioner.

Ferrigno forklarer, "Vores automatiske databehandlingssystem er yderst pålideligt og gør det muligt for os at advare samfundet med det samme." Når uventede observationer som denne opfanges, kan INTEGRAL og XMM-Newton være fleksible i deres tidsplaner, hvilket er essentielt i tidskritiske opdagelser.

I dette tilfælde, hvis observationerne var blevet udført blot en dag senere, ville der ikke have været så stærke beviser for, at dette faktisk var en magnetar og ikke et gammastråleudbrud.

Flere oplysninger: Et magnetisk gigantudbrud i den nærliggende stjerneudbrudsgalakse M82, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07285-4

Journaloplysninger: Natur

Leveret af University of Geneva