Näin kuolleiden tähtien piti vain himmetä – nyt ne välkkyvätkin arvoituksellisesti

Massiivisen tähden kuolemaa on pidetty vuosikymmeniä suureellisena mutta ennalta-arvattavana hiipumisena pimeyteen. Alkupamauksen, supernovaräjähdyksen, jälkeen jäljelle jäävän kuuman kaasun ja tähtien jäänteiden pilven – supernovajäänteen (engl. supernova remnant) – odotettiin vain jäähtyvän ja himmenevän hitaasti vuosisatojen kuluessa. NASAn Chandra-röntgenobservatorion tuore 14 vuoden seurantatutkimus lähigalaksi Messier 83:sta (M83) on kuitenkin kääntämässä tämän oletuksen päälaelleen.

Tutkijat tunnistivat Chandran datasta 22 supernovajäänteisiin liittyvää röntgenlähdettä M83:ssa. He havaitsivat, että noin puolet näistä jäänteistä ei himmenekään verkkaisesti. Sen sijaan ne välkkyvät – niiden kirkkaus vaihtelee dramaattisesti jopa muutaman vuoden aikajänteellä .

"Tiedämme, että yksittäisten röntgenlähteiden kirkkaus voi vaihdella villisti, mutta se, että niin monet supernovajäänteet tekevät samaa, oli todellinen yllätys", kommentoi tutkimusta johtanut Andrea Prestwich, Catholic University of America:n astronomi. "Näiden kohteiden sisällä tapahtuu selvästi jotain epätavallista" . Löydökset esiteltiin American Astronomical Societyn kokouksessa ja julkaistiin arvostetussa The Astrophysical Journal -lehdessä .

Levottomien jäänteiden arvoitus

Supernovajäänteet ovat tyypillisesti satoja tai tuhansia vuosia vanhoja. Kun räjähdyksen alkuperäisen shokkiaallon energia hupenee, kuuman kaasun pitäisi säteillä röntgensäteilynsä pois ja himmetä tasaisesti. Noin 15 miljoonan valovuoden päässä Maasta sijaitsevan M83:n jäännepopulaatio ei kuitenkaan noudata tätä käsikirjoitusta .

Tutkitusta 22 röntgensäteilevästä jäänteestä noin puolet osoitti mitattavia kirkkauden muutoksia 14 vuoden havaintojakson aikana (2000–2014). Kyseessä ei ollut mikään hienovarainen tuike; vaihtelut olivat niin merkittäviä, että ne erottuivat datasta selvästi. Jotkin kohteet kirkastuivat ja himmenivät huomattavasti epäsäännöllisin väliajoin .

Vain yhdelle muuttuvalle jäänteelle on löytynyt suoraviivainen selitys. Kohteessa nimeltä SN 1957D sen suurella nopeudella liikkuva jäänne törmää ympäröivän kaasun tiheämpään alueeseen. Törmäys tuottaa shokin kuumentamaa materiaalia ja ylimääräistä röntgensäteilyä, mikä selittää sen purkaukset. Muun yli kymmenen välkkyvän jäänteen kohdalla syy on epäselvempi .

Tähtizombit: kaksoistähdet ja takaisin syöksyvä aines

Tutkimusryhmä on esittänyt kaksi pääteoriaa arvoitukselliselle välkkymiselle. Molemmat viittaavat siihen, etteivät nämä kohteet ole yksinkertaisesti "kuolleita" tähtiä, vaan järjestelmiä, jotka yhä aktiivisesti ahmivat materiaa.

Selviytyneen seuralaistähden skenaario: Monet massiiviset tähdet syntyvät kaksoistähtipareina. Kun parin massiivisempi osapuoli räjähtää, se voi jättää jälkeensä tiiviin kompaktiobjektin – neutronitähden tai mustan aukon – kun taas sen seuralainen säilyy ehjänä. Jäänteen painovoima voi tämän jälkeen vetää tähtimateriaa puoleensa selviytyneeltä seuralaiselta. Aineen kiertyessä spiraalina kohti kompaktiobjektia se kuumenee miljooniin asteisiin luoden voimakkaan röntgenkaksoistähtijärjestelmän. Materian epätasainen virta voisi selittää havaitun epäsäännöllisen välkkymisen .

Takaisin syöksyvä aines: Vasta muodostunut musta aukko tai neutronitähti saattaa sen sijaan siepata takaisin osan alkuperäisessä räjähdyksessä ulos syöksyneestä aineksesta. Tällainen "kosminen kierrätys", jossa osa materiasta ei pääsekään pakenemaan painovoimakentästä vaan putoaa takaisin keskusobjektiin, tuottaisi sekin vaihtelevaa röntgensäteilyä .

Nämä selitysmallit eivät sulje toisiaan pois, ja on mahdollista, että kumpaakin mekanismia esiintyy tutkitun joukon eri jäänteissä. Kaksoistähtiteoriaa tukee havainto, jonka mukaan välkkyvät jäänteet sijaitsevat M83:n alueilla, joilla on enemmän nuoria massiivisia tähtiä – juuri siellä, missä tällaisia röntgenkaksoistähtiä odotetaankin olevan .

Samankaltainen yllätys toisessa galaksissa

M83 ei ole yksittäistapaus. Pyörregalaksista (M51) tehty seurantatutkimus on paljastanut vastaavan joukon vaihtelevia, supernovajäänteisiin liitettyjä röntgenlähteitä. Se, että sama kuvio on löydetty nyt toisesta aktiivisesti tähtiä muodostavasta galaksista, viittaa siihen, että välkkyvät jäänteet saattavat olla yleinen, aiemmin huomaamatta jäänyt vaihe tähtien kuolemanjälkeisessä elämässä kaikkeudessa .

Bonuslöytö: Supernova mustan aukon kainalossa

Toisessa, aivan yhtä kiehtovassa löydössä Chandra ja Euroopan avaruusjärjestö ESAn XMM-Newton-satelliitti paljastivat todisteita supernovajäänteestä yhdessä kuviteltavissa olevista äärimmäisimmistä ympäristöistä. Tähtien hylky löydettiin läheltä Sagittarius A:a (Sgr A)**, Linnunradan keskustan supermassiivista mustaa aukkoa, noin 26 000 valovuoden päässä Maasta .

Tähtitieteilijät arvioivat, että tämän romun synnyttänyt tähti räjähti verrattain hiljattain, noin 1 700 vuotta sitten. Tuloksena syntynyt, Sagittarius C -nimisen alueen lähellä sijaitseva jäänne laajenee noin 3,2 miljoonan kilometrin tuntinopeudella. Jos tunnistus varmistuu, tämä olisi lähin supernovajäänne, joka on koskaan löydetty galaksimme keskustan mustasta aukosta .

Myös The Astrophysical Journalissa julkaistu löytö sijoittaa tähtiräjähdyksen väkivaltaiseen naapurustoon, jota hallitsevat äärimmäinen painovoima, tiheät magneettikentät ja suurilla nopeuksilla riepoteltavat kaasupilvet. Jäänteen tutkiminen tällaisessa ympäristössä antaa tähtitieteilijöille ainutlaatuisen laboratorion ymmärtää, miten aine käyttäytyy maailmankaikkeuden voimakkaimmissa painovoimakentissä .