Chandra-data afslører 84 „hypersofte“ røntgenkilder i nærliggende galakser

Astronomer under ledelse af Mustafa Muhibullah har fundet 84 lysstærke, punktlignende røntgenkilder, som i vid udstrækning er gået under radaren i tidligere kortlægninger af nærliggende galakser. De kaldes hypersofte røntgenkilder – eller HSS'er – fordi deres stråling næsten udelukkende ligger ved særdeles lave røntgenenergier, primært under 0,3 keV. Fundet kommer fra en ny analyse af offentligt tilgængelige observationer fra NASA's Chandra-røntgenobservatorium. 3

Kilderne er fundet i spiralgalakserne M31, også kendt som Andromedagalaksen, og M101, Pinwheel-galaksen, samt i fire elliptiske galakser. Der er foreløbig tale om en observationsbaseret klasse: Målingerne viser et usædvanligt energispektrum, men forskerne ved endnu ikke med sikkerhed, hvilken fysisk type objekt den enkelte kilde er. 3

Derfor har de været så svære at få øje på

De fleste søgninger efter røntgenkilder fokuserer på højere energier. HSS'erne opfører sig modsat: De er tydelige i Chandras data ved de laveste energier, men svage eller helt fraværende på mere almindelige røntgenbilleder med højere energi. Forskerholdet definerer dem blandt andet ved, at emissionen under 0,3 keV dominerer kraftigt, og at forholdet mellem fotoner ved 0,15–0,3 keV og 0,3–1,0 keV er meget højt. 3

Det skaber en dobbelt observationsudfordring:

• Chandras følsomhed er begrænset helt ude ved den lavenergigrænse, hvor disse kilder lyser.
• Den ultraviolet stråling, som de meget bløde spektre peger på, absorberes let af brint og helium mellem stjernerne, før den kan nå Jorden.

Dermed opstår et slags blindt område mellem røntgen- og ultraviolet astronomi. Tidligere Chandra-arbejde har også vist, at kilder, der kun udsender under 0,3 keV, stort set mangler i de sædvanlige kildekataloger og i publicerede kildelister. 6

Hvad kan drive kilderne?

En af de førende forklaringer er et akkreterende dobbeltstjernesystem. Her trækker et kompakt objekt gas til sig fra en ledsagerstjerne. Det kompakte objekt kan være en hvid dværg, en neutronstjerne eller et sort hul. Når stoffet falder indad og opvarmes, kan det udsende et spektrum domineret af ekstrem ultraviolet stråling og ultrasofte røntgenstråler frem for de hårdere røntgenstråler, man ofte forbinder med røntgendobbeltstjerner.

Temperaturerne, der udledes af Chandra-spektrene, ligger omtrent mellem 200.000 og 250.000 °C. De er dog ikke direkte temperaturmålinger: De bygger på modeller, som ekstrapolerer fra data ved teleskopets laveste målbare energier. Derfor kan det samme hypersofte udseende i princippet skyldes flere typer kompakte objekter eller forskellige tilstande, hvor stof falder ind mod objektet.

Hvorfor fundet kan få betydning

Hvis en del af HSS'erne er hvide dværge, der stabilt vokser ved at optage stof fra en ledsager, kan de hjælpe astronomer med at finde systemer på vej mod de betingelser, der forbindes med en Type Ia-supernova. Hvordan sådanne supernovaer præcis opstår, er fortsat et vigtigt uløst spørgsmål i stjernefysikken.

Kildernes forventede ultraviolette stråling kan også få betydning uden for selve dobbeltstjernesystemerne. UV-fotoner ioniserer den omgivende gas, og ændringer i ioniseringen påvirker gassens kemi og afkøling. Det er processer, som har betydning for, hvordan gas opfører sig i galakser. NASA peger på, at de nyopdagede kilder kan være relevante både for forståelsen af Type Ia-supernovaers forstadier og for ioniseringen af den interstellare gas.

Hubble skal efterprøve forklaringen

Næste skridt er at teste den ultraviolette stråling, som Chandra-målingerne antyder. Planlagte observationer med Hubble-rumteleskopet skal lede efter – eller sætte grænser for – ultraviolette modstykker til udvalgte HSS'er. Det vil give en uafhængig kontrol af den energiudstråling, der er udledt af de ultrasofte røntgenspektre.

Sammen med røntgenstyrke, variationer over tid, kildernes lokale omgivelser og tegn på ledsagerstjerner kan UV-observationerne hjælpe med at skelne systemer med hvide dværge fra systemer med neutronstjerner eller sorte huller. De kan også vise, om hypersofte røntgenkilder er én samlet fysisk gruppe – eller en praktisk betegnelse for flere forskellige typer kompakte dobbeltstjerner med samme særlige lavenergisignal.