Kun kuolleet tähdet heräävät henkiin: Puolet supernovajäänteistä vilkkuu vastoin kaikkia oppikirjoja

Vuosikymmenten ajan oppikirjoissa opetettiin, että räjähtäneiden tähtien jäänteet jäähtyvät hitaasti ja ennustettavasti tuhansien vuosien kuluessa. Mutta Nasan Chandra-röntgenteleskoopin 14 vuoden arkistodatan huolellinen uudelleenanalyysi paljastaa paljon kaoottisemman todellisuuden. Läheisessä spiraaligalaksissa Messier 83 (M83) joukko supernovajäänteitä kieltäytyy hiipumasta hiljaa ja sen sijaan välkkyy dramaattisesti röntgenvalossa vain muutamassa vuodessa.

Syvänmeren ilotulitus M83:ssa

Rakentaakseen pohjatietoa supernovajäänteiden kehityksestä tähtitieteilijät suuntasivat Chandran kohti M83:a, spektaakkelimaista, meitä suoraan päin avautuvaa spiraaligalaksia noin 15 miljoonan valovuoden päässä, havainnoille, jotka kattoivat vuodet 2000–2014 . Ryhmä seurasi 22 aiemmin supernovajäänteeksi tunnistettua röntgenlähdettä ja teki hätkähdyttävän löydön: noin puolet niistä osoitti merkittäviä ja odottamattomia muutoksia röntgenkirkkaudessaan .

"Tiedämme, että yksittäiset röntgenlähteet voivat muuttua dramaattisesti, mutta se, että löysimme näin monen supernovajäänteen tekevän niin, todella yllätti meidät", sanoi Andrea Prestwich, Catholic University of American tähtitieteilijä ja The Astrophysical Journal -lehdessä julkaistun tutkimuksen toinen kirjoittaja .

Juuri tämä korkea osuus – suurin piirtein 11 kohdetta 22:sta – tekee löydöstä niin mullistavan. Kyseessä ei ole yksittäinen outolintu, joka rikkoo sääntöjä, vaan laajalle levinnyt ilmiö, joka pakottaa arvioimaan tähtien jäänteiden evoluutiomallin uudelleen .

Miksi "kuolleet" tähdet leimahtelevat yhä?

Ryhmä tunnisti kaksi pääasiallista, ja mahdollisesti samanaikaista, mekanismia selittämään arvaamattoman röntgenvälkynnän .

1. Selviytyjä-seuralainen

Ensisijainen selitys on, että monilla näistä supernovajäänteistä on selviytyjä. Useimmat massiiviset tähdet elävät kaksoistähtijärjestelmissä. Kun massiivisempi tähti räjähtää supernovana, se voi jättää jälkeensä mustan aukon tai neutronitähden. Jos seuralaistähti selviää kataklysmista, se voi jäädä tiukalle kiertoradalle uuden kompaktin kohteen ympärille. Mustan aukon tai neutronitähden valtava painovoima alkaa sitten vetää ainetta seuralaisen pinnalta. Tämä prosessi, jota kutsutaan akkretioksi eli kertymiseksi, kuumentaa sisään putoavan kaasun miljooniin asteisiin, tuottaen voimakasta ja vaihtelevaa röntgensäteilyä, jonka kirkkaus riippuu täysin kertymisnopeudesta .

2. Kosminen kierrätys: takaisinkertymä

Vaihtoehtoinen skenaario kääntää materiaalin lähteen ympäri. Sen sijaan, että tähti varastaisi kaasua seuralaiselta, keskellä oleva kompakti tähti saattaa "kierrättää" omaa jätettään. Tähtitieteilijä Roy Kilgard, tutkimuksen toinen kirjoittaja, kuvaili mahdollisuutta niin, että räjähdyksen jätteet putoavat takaisin juuri siihen kohteeseen, jonka supernova loi . Tämä "takaisinkertymä" voisi myös tuottaa havaitun kirkastumisen ja himmenemisen, kun mustan aukon tai neutronitähden uudelleen sieppaama materiaali kuumenee röntgensäteilyä lähettäviin lämpötiloihin.

Ainakin yhdellä jäänteellä otoksessa, SN 1957D:llä, on yksinkertaisempi selitys. Se havaittiin ensimmäisen kerran lähes 70 vuotta sitten, ja sen röntgenkirkastuminen johtuu todennäköisesti sen suurella nopeudella sinkoutuneen aineen törmäyksestä ympäröivään tähtienväliseen aineeseen, jolloin liike-energia muuttuu lämmöksi .

Tämä pitkäaikaisen jäännösten vaihtelun ilmiö ei ehkä rajoitu pelkästään M83:een. Varhaiset jatkohavainnot Pyörregalaksista (M51) ovat paljastaneet samankaltaisen vaihtelevien jäänteiden joukon, mikä viittaa siihen, että tämä käytös voi olla yleinen ja aiemmin huomiotta jäänyt ominaisuus tähtiä synnyttävissä galakseissa .

Uusi sähikäinen Linnunradan mustan aukon lähellä

Erillisessä tutkimuksessa toinen tähtitieteilijäryhmä suuntasi sekä Chandran että ESAn XMM-Newton-satelliitin kohti oman galaksimme myrskyisää keskustaa. Heidän kohteensa oli Sagittarius C (Sgr C), tiheä tähtiensyntyalue, joka sijaitsee vain 26 000 valovuoden päässä Maasta – kosmisessa mittakaavassa aivan supermassiivisen mustan aukon Sagittarius A*:n kyljessä .

Sgr C:n sisältä he tunnistivat selvärajaisen röntgenläiskän, joka sijaitsee nuorta, massiivista tähteä ympäröivän suuren ionisoidun vedyn kuplan sisällä . Jos tämä varmistuu supernovajäänteeksi, se olisi yksi lähimpiä koskaan löydettyjä tällaisia kohteita Linnunradan keskustan mustaan aukkoon nähden . Data osoittaa, että sinkoutunut tähtiaines laajenee noin 3,2 miljoonan kilometrin tuntinopeudella (kaksi miljoonaa mailia tunnissa) ja että alkuperäinen räjähdys tapahtui vain noin 1 700 vuotta sitten .

Löytö tehtiin mahdolliseksi yhdistämällä Chandran ja XMM-Newtonin korkean resoluution röntgennäkö Etelä-Afrikan MeerKAT-radioteleskooppiryhmän tuottamaan radiodataan ja Pan-STARRS-tutkimuksen optiseen dataan . Löytö tarjoaa harvinaisen tilaisuuden tutkia tähtien elinkaarta galaksimme äärimmäisimmässä ympäristössä.