Chandran arkistosta löytyi 84 poikkeuksellisen pehmeää röntgenlähdettä

Tähtitieteilijä Mustafa Muhibullahin johtama ryhmä on tunnistanut 84 kirkasta, pistemäistä röntgenlähdettä, jotka olivat jääneet suurelta osin tavanomaisten lähigalaksikartoitusten ulkopuolelle. Kohteita kutsutaan hypersoft-röntgenlähteiksi (HSS), koska niiden säteily keskittyy poikkeuksellisen pieniin röntgenenergijoihin, pääosin alle 0,3 keV:n alueelle. Löytö tehtiin analysoimalla uudelleen NASA:n Chandra-röntgenobservatorion julkista arkistoaineistoa. 3

Näytteeseen kuuluu kohteita spiraaligalakseista M31 eli Andromedan galaksista ja M101 eli Tuulimyllygalaksista sekä neljästä elliptisestä galaksista. Kyse on toistaiseksi havaintoihin perustuvasta luokasta: aineisto osoittaa lähteille ominaisen energiajakauman, mutta yksittäisten kohteiden fyysinen luonne ei ole vielä varmistunut. 3

Miksi kohteet jäivät piiloon?

Useimmat röntgenlähteiden haut painottuvat suurempiin energioihin. Hypersoft-lähteet puolestaan näkyvät Chandran kaikkein matalaenergisimpiin havaintoihin perustuvissa aineistoissa, mutta ovat heikkoja tai kokonaan näkymättömiä tavanomaisissa, korkeaenergisemmissä röntgenkuvissa. Tutkijat määrittelevät ne alle 0,3 keV:n säteilyn hallitsemiksi kohteiksi; 0,15–0,3 keV:n fotoneja on niissä erittäin paljon suhteessa 0,3–1,0 keV:n fotoneihin. 3

Havaitsemista vaikeuttaa kaksi asiaa:

• Chandran herkkyys on koetuksella mittausalueensa kaikkein pienimmissä energioissa.
• Näin pehmeästä spektristä odotettava ultraviolettisäteily absorboituu tehokkaasti tähtienväliseen vetyyn ja heliumiin ennen kuin se pääsee Maahan asti.

Näiden rajoitusten väliin jää havaintoaukko röntgen- ja ultraviolettialueen rajamaille. Se on voinut peittää kirkkaiden lähteiden joukon vuosiksi. Aiemmissa Chandraa hyödyntäneissä töissäkin oli todettu, että vain alle 0,3 keV:n energioissa säteilevät kohteet puuttuvat pitkälti tavallisista lähdeluetteloista ja julkaistuista kohdelistoista. 6

Mikä voisi tuottaa säteilyn?

Yksi keskeinen selitys on akkretoiva kaksoistähtijärjestelmä. Siinä tiheä kompakti kohde vetää kaasua kumppanitähdestään. Kohde voi olla valkoinen kääpiö, neutronitähti tai musta aukko. Sisään putoava aine kuumenee ja voi synnyttää pääasiassa äärimmäisen ultravioletti- ja ultrasoft-röntgensäteilyä sen sijaan, että näkyisi monille röntgenkaksoistähdille tyypillisenä kovempana röntgensäteilynä.

Chandran spektrien perusteella päätellyt lämpötilat ovat noin 200 000–250 000 °C. Ne eivät kuitenkaan ole suoria lämpötilamittauksia: arvot on johdettu mallintamalla teleskoopin herkkyysalueen alarajalta saatua dataa. Siksi samanlainen hypersoft-ulkonäkö voi syntyä useammassa kuin yhdessä kompaktin kohteen tyypissä tai akkretiotilassa.

Miksi löydöllä on merkitystä?

Jos osa lähteistä on valkoisia kääpiöitä, jotka keräävät tasaisesti massaa kumppanitähdeltään, ne voivat auttaa tunnistamaan järjestelmiä, jotka ovat lähestymässä Ia-tyypin supernovaan liittyviä olosuhteita. Se, millaiset järjestelmät toimivat näiden supernovien esiasteina, on yhä avoin kysymys tähtifysiikassa.

Lähteiden päätelty ultraviolettisäteily voi vaikuttaa myös niiden ympäristöön. Ultraviolettifotonit ionisoivat tähtienvälistä kaasua, ja ionisaatiotila muuttaa kaasun kemiaa sekä jäähtymistä. Nämä puolestaan ovat tärkeitä galaksien kaasun käyttäytymiselle. NASA:n mukaan vastalöydetyt lähteet voivat valaista sekä Ia-tyypin supernovien esiasteita että tähtienvälisen kaasun ionisaatiota.

Hubble voi testata tulkinnan

Seuraava ratkaiseva askel on tarkistaa Chandran mittauksista päätelty ultraviolettisäteily. Hubble-avaruusteleskoopilla suunnitellut havainnot voivat etsiä valittujen hypersoft-lähteiden UV-vastineita tai asettaa niiden kirkkaudelle rajoja. Näin saadaan Chandran ultrasoft-röntgenspektreistä johdetulle energiantuotolle riippumaton testi.

Kun UV-havaintoja verrataan röntgenkirkkauteen, vaihteluun, paikalliseen ympäristöön ja mahdollisiin kumppanitähtiin, voidaan ehkä erottaa valkoiseen kääpiöön liittyvät järjestelmät neutronitähti- tai musta aukko -järjestelmistä. Samalla selviää, ovatko hypersoft-röntgenlähteet yksi yhtenäinen kohdeluokka vai useiden erilaisten kompaktien kaksoistähtien yhteinen, poikkeuksellisen matalaenerginen havaintotunnus.