Chandra vindt 84 ‘hypersofte’ röntgenbronnen in nabije sterrenstelsels

Astronomen hebben in archiefwaarnemingen van NASA’s Chandra X-ray Observatory 84 heldere, puntvormige röntgenbronnen gevonden die in eerdere zoektochten grotendeels buiten beeld bleven. Ze worden hypersofte röntgenbronnen genoemd, of HSS’s (hypersoft X-ray sources), omdat hun straling vrijwel volledig bij uitzonderlijk lage röntgenenergieën zit: vooral onder 0,3 keV. 3

De 84 objecten zijn aangetroffen in de spiraalstelsels M31 (Andromeda) en M101 (het Windmolenstelsel), plus vier elliptische sterrenstelsels. Voorlopig is dit vooral een observationele categorie: de metingen tonen een opvallend energiespectrum, maar de precieze aard van elk afzonderlijk object is nog niet vastgesteld. 3

Waarom deze bronnen zo lang verborgen bleven

Gewone speurtochten naar röntgenbronnen richten zich meestal op energieën die hoger liggen. HSS’s gedragen zich precies andersom: ze zijn opvallend in Chandras allerlaagste energiegebied, maar zwak of zelfs onzichtbaar in gebruikelijke röntgenbeelden met hogere energie. De onderzoekers omschrijven ze onder meer met een zeer hoge verhouding tussen fotonen van 0,15–0,3 keV en die van 0,3–1,0 keV. 3

Dat creëert een lastig waarneembare zone tussen röntgen- en ultravioletlicht:

• Aan de uiterste lage-energiegrens van zijn bereik wordt Chandra minder gevoelig.
• Het ultravioletlicht dat bij zulke zachte spectra wordt verwacht, wordt onderweg naar de aarde gemakkelijk geabsorbeerd door interstellair waterstof en helium.

Daardoor kan een populatie heldere objecten jarenlang aan de aandacht zijn ontsnapt. Eerder onderzoek met Chandra wees er ook al op dat bronnen die alleen onder 0,3 keV uitstralen grotendeels ontbraken in standaardcatalogi en gepubliceerde bronnenlijsten. 6

Wat zou de energie kunnen leveren?

Een belangrijke mogelijkheid is een accreterend dubbelstersysteem. Daarbij trekt een compact object gas weg van een begeleidende ster. Dat compacte object kan een witte dwerg, neutronenster of zwart gat zijn. Terwijl het gas naar binnen valt en opwarmt, kan het vooral extreem ultraviolet en ultrasofte röntgenstraling produceren, in plaats van de hardere röntgenstraling die vaak met röntgendubbelsterren wordt geassocieerd.

Uit de Chandra-spectra leiden onderzoekers temperaturen af van grofweg 200.000 tot 250.000 °C. Dit zijn geen rechtstreeks gemeten temperaturen: ze volgen uit modellen die zijn toegepast op data aan de lage-energiegrens van de telescoop. Dezelfde hypersofte signatuur kan dus voortkomen uit verschillende compacte objecten of uit verschillende vormen van accretie.

Mogelijke link met Type Ia-supernova’s

Wanneer een deel van deze HSS’s witte dwergen blijken te zijn die gestaag massa van een begeleider opnemen, kunnen ze helpen bij de zoektocht naar systemen die uiteindelijk een Type Ia-supernova veroorzaken. Welke dubbelstersystemen precies de voorlopers van zulke explosies zijn, is nog altijd een open vraag in de sterrenkunde.

Ook hun vermoedelijk sterke ultravioletstraling kan gevolgen hebben voor de omgeving. Ultravioletfotonen ioniseren het gas tussen sterren. Dat beïnvloedt de chemie en afkoeling van dat gas, en daarmee processen die bepalen hoe gas zich binnen sterrenstelsels gedraagt. NASA wijst erop dat de bronnen daarom relevant kunnen zijn voor zowel Type Ia-supernova’s als de ionisatie van interstellair gas.

Hubble moet het onderscheid helpen maken

De volgende stap is het ultravioletlicht te toetsen dat uit de Chandra-metingen wordt afgeleid. Geplande waarnemingen met de Hubble Space Telescope kunnen bij geselecteerde HSS’s zoeken naar ultraviolet-tegenhangers, of daar strenge grenzen aan stellen. Zo ontstaat een onafhankelijke controle op de energieproductie die uit de ultrasofte röntgenspectra is berekend.

Door ultravioletmetingen te combineren met röntgenhelderheid, variaties in de tijd, de lokale omgeving en mogelijke begeleidende sterren, kunnen astronomen witte-dwergsystemen mogelijk onderscheiden van systemen met neutronensterren of zwarte gaten. Ook moet blijken of hypersofte röntgenbronnen één fysische populatie vormen, of meerdere soorten compacte dubbelsterren met dezelfde ongebruikelijke laagenergetische signatuur.