Døde stjerner nekter å falme: Chandra avslører en galakse full av flakkende supernovarester

I flere tiår har lærebøkene fortalt oss at restene av eksploderte stjerner følger en rolig og forutsigbar skjebne: de kjøles sakte ned over tusenvis av år, og røntgenlyset fra dem svinner gradvis hen. Men en nitid ny analyse av 14 år med arkivdata fra NASAs Chandra-røntgenobservatorium avslører en langt mer kaotisk virkelighet. I den nærliggende spiralgalaksen Messier 83 (M83) nekter en hel populasjon av supernovarester å falme stille. I stedet flakker de dramatisk i røntgenlys over tidsskalaer på bare noen få år.

Et kosmisk fyrverkeri i M83

For å bygge en grunnleggende forståelse av hvordan supernovarester utvikler seg, rettet astronomer Chandra mot M83 – en spektakulær spiralgalakse vi ser rett forfra, som ligger omtrent 15 millioner lysår unna – i observasjoner som strakte seg fra år 2000 til 2014 . Forskerteamet sporet 22 røntgenkilder som tidligere var identifisert som supernovarester, og gjorde en oppsiktsvekkende oppdagelse: omtrent halvparten av dem viste betydelige og uventede endringer i røntgenstyrken sin .

«Vi vet at enkeltstående røntgenkilder kan endre seg dramatisk, men å finne at så mange supernovarester gjør dette, overrasket oss virkelig,» sa Andrea Prestwich, astronom ved Catholic University of America og medforfatter av studien, som er publisert i The Astrophysical Journal .

Det er den høye andelen – omtrent 11 av 22 – som gjør funnet så forstyrrende. Det er ikke snakk om et enkelt, avvikende objekt som bryter reglene, men en utbredt oppførsel som tvinger frem en ny gransking av standardmodellen for utviklingen til stjernerester .

Hvorfor flammer «døde» stjerner fortsatt opp?

Forskerteamet identifiserte to ledende, og potensielt samtidige, mekanismer som kan forklare den uberegnelige røntgenflakkingen .

1. Den overlevende følgestjernen

Den foretrukne forklaringen er at mange av disse supernovarestene huser en overlevende. De fleste massive stjerner finnes i dobbeltstjernesystemer. Når den mest massive stjernen eksploderer som en supernova, kan den etterlate seg et sort hull eller en nøytronstjerne. Hvis følgestjernen overlever katastrofen, kan den bli låst i en tett bane rundt det nye, kompakte objektet. Den intense gravitasjonen fra det sorte hullet eller nøytronstjernen begynner så å trekke materiale fra følgestjernens overflate. Denne prosessen, kjent som akkresjon, varmer opp den fallende gassen til millioner av grader, noe som produserer kraftige og variable røntgenutslipp som avhenger helt av akkresjonsraten .

2. Kosmisk resirkulering: Tilbakefallsakkresjon

Et alternativt scenario snur kilden på hodet. I stedet for å stjele gass fra en følgestjerne, kan det sentrale, kompakte objektet «resirkulere» sitt eget vrakgods. Astronomen Roy Kilgard, en av studiets medforfattere, beskrev muligheten som at rester fra eksplosjonen faller tilbake på selve objektet som supernovaen skapte . Denne «tilbakefallsakkresjonen» kunne også produsert de observerte opp- og nedgangene i lysstyrke, ettersom materialet som fanges opp av det sorte hullet eller nøytronstjernen, varmes opp til temperaturer som sender ut røntgenstråler.

Minst én av restene i utvalget, SN 1957D, har en enklere forklaring. Denne supernovaen ble først observert for nesten 70 år siden, og økningen i røntgenstyrke skyldes trolig at utkastet materiale med høy hastighet krasjer inn i det omkringliggende interstellare materialet, der bevegelsesenergi omdannes til varme .

Fenomenet med langtidsvariabilitet i supernovarester er kanskje ikke unikt for M83. Tidlige oppfølgingsobservasjoner av Malstrømgalaksen (M51) har avslørt en lignende populasjon av variable rester, noe som antyder at denne oppførselen kan være et vanlig, men tidligere oversett, trekk ved stjernedannende galakser .

En ny kinaputt nær Melkeveiens sorte hull

I en separat undersøkelse rettet et annet team av astronomer både Chandra og ESAs XMM-Newton-satellitt mot det turbulente sentrumet av vår egen galakse. Målet deres var Sagittarius C (Sgr C), en tett stjernedannende region som ligger bare 26 000 lysår fra Jorden – kosmologisk sett vår nærmeste nabo til det supermassive sorte hullet Sagittarius A* .

Inne i Sgr C identifiserte de en tydelig «klump» av røntgenstråling som ligger inne i en større boble av ionisert hydrogen, som omgir en ung, massiv stjerne . Dersom dette bekreftes som en supernovarest, vil det være en av de nærmeste slike objektene som noen gang er funnet til Melkeveiens sentrale sorte hull . Dataene indikerer at det utkastede stjernematerialet utvider seg med en hastighet på omtrent 3,2 millioner kilometer i timen, og at den opprinnelige eksplosjonen fant sted for bare rundt 1700 år siden .

Oppdagelsen ble muliggjort ved å kombinere den høyoppløselige røntgensynet til Chandra og XMM-Newton med komplementære radiodata fra MeerKAT-teleskoprekken i Sør-Afrika og optiske data fra Pan-STARRS-undersøkelsen . Funnet gir en sjelden mulighet til å studere stjerners livssyklus i det mest ekstreme miljøet i galaksen.