Chandra afslører blinkende supernovarester: Halvdelen lever deres eget liv

I årtier har astronomernes lærebøger fortalt, at resterne af eksploderede stjerner langsomt og forudsigeligt køler ned over tusinder af år. Men en ny, minutiøs analyse af 14 års arkivdata fra NASAs Chandra-røntgenteleskop afslører en langt mere kaotisk virkelighed. I den nærliggende spiralgalakse Messier 83 (M83) nægter en hel population af supernovarester at falde stille til ro; i stedet blinker de dramatisk i røntgenlys over perioder på blot nogle få år.

Et kosmisk fyrværkeri i M83

For at danne et grundlag for, hvordan supernovarester udvikler sig, rettede astronomerne Chandra mod M83, en spektakulær spiralgalakse, der ligger omkring 15 millioner lysår væk. Observationerne strakte sig fra år 2000 til 2014 . Holdet sporede 22 røntgenkilder, der tidligere var identificeret som supernovarester, og gjorde en opsigtsvækkende opdagelse: Omkring halvdelen af dem viste markante og uventede ændringer i deres røntgenlysstyrke .

"Vi ved, at individuelle røntgenkilder kan ændre sig dramatisk, men at opdage, at så mange supernovarester gør det, overraskede os virkelig," udtalte Andrea Prestwich, astronom ved Catholic University of America og medforfatter til studiet, der er publiceret i The Astrophysical Journal .

Det er den høje andel – cirka 11 ud af 22 – der gør fundet så banebrydende. Det er ikke et enkelt særtilfælde, der bryder reglerne, men en udbredt adfærd, der tvinger forskerne til at genoverveje den standardmodel, man har for udviklingen af stjernerester .

Hvorfor blusser "døde" stjerner stadig op?

Holdet har identificeret to førende – og potentielt samtidige – mekanismer, der kan forklare den uberegnelige flaksen i røntgenspektret .

1. Den overlevende ledsagerstjerne

Den foretrukne forklaring er, at mange af disse supernovarester rummer en overlever. De fleste massive stjerner findes i dobbeltstjernesystemer. Når den tungeste stjerne går supernova, kan den efterlade et sort hul eller en neutronstjerne. Hvis ledsagerstjernen overlever katastrofen, kan den blive låst fast i en tæt bane omkring det nye, kompakte objekt. Det sorte huls eller neutronstjernens intense tyngdekraft begynder derefter at trække materiale væk fra ledsagerens overflade. Denne proces, kendt som akkretion, opvarmer den indfaldende gas til millioner af grader og producerer kraftig og variabel røntgenstråling, hvis styrke afhænger helt af akkretionsraten .

2. Kosmisk genbrug: Fallback-akkretion

Et alternativt scenarie vender processen på hovedet. I stedet for at stjæle gas fra en ledsager, kan det centrale, kompakte objekt være i gang med at "genbruge" sit eget affald. Astronomen Roy Kilgard, en anden medforfatter til studiet, beskrev muligheden som, at rester fra eksplosionen falder tilbage på præcis det objekt, som supernovaen skabte . Denne "fallback-akkretion" kunne også producere den observerede op- og nedblænding, når materiale, der genindfanges af det sorte hul eller neutronstjernen, opvarmes til temperaturer, der udsender røntgenstråler.

Mindst én af resterne i stikprøven, SN 1957D, har dog en enklere forklaring. Den blev første gang observeret for næsten 70 år siden, og dens øgede røntgenlys skyldes sandsynligvis, at dens højhastigheds-restmateriale brager ind i det omgivende interstellare stof og omdanner kinetisk energi til varme .

Dette fænomen med langvariabelvariation i rester er muligvis ikke unikt for M83. Tidlige opfølgende observationer af Mælkevejsgalaksen (M51) har afsløret en lignende population af variable rester, hvilket tyder på, at denne adfærd kunne være et almindeligt – og hidtil overset – træk ved stjernedannende galakser .

Et nyt fyrværkeri nær Mælkevejens sorte hul

I en separat undersøgelse rettede et andet hold astronomer både Chandra og ESA's XMM-Newton-satellit mod vores egen galakses turbulente centrum. Deres mål var Sagittarius C (Sgr C), en tæt stjernedannende region, der ligger kun 26.000 lysår fra Jorden – kosmologisk set lige ved siden af det supermassive sorte hul, Sagittarius A* .

Inde i Sgr C identificerede de en tydelig "klat" af røntgenstråling, som ligger indlejret i en større boble af ioniseret brint, der omgiver en ung, massiv stjerne . Hvis det bekræftes som en supernovarest, vil det være en af de tætteste objekter af sin slags, man nogensinde har fundet på Mælkevejens centrale sorte hul . Dataene indikerer, at det udslyngede stjernemateriale udvider sig med en hastighed på omkring 3,2 millioner kilometer i timen (2 millioner miles i timen), og at den oprindelige eksplosion fandt sted for kun omkring 1.700 år siden .

Opdagelsen blev muliggjort ved at kombinere den højopløselige røntgensyn fra Chandra og XMM-Newton med komplementære radiodata fra MeerKAT-teleskoparrayet i Sydafrika og optiske data fra Pan-STARRS-undersøgelsen . Fundet giver en sjælden mulighed for at studere stjerners livscyklus i galaksens mest ekstreme miljø.