Chandra avslører 'blinkende' døde stjerner: Supernovarester som flakker i nærliggende galakse

I flere tiår har astronomer sett på døden til en massiv stjerne som et storslagent, men forutsigbart skue. Etter den innledende supernovaeksplosjonen var den gjenværende skyen av glødende gass og stjernestøv – kjent som en supernovarest – forventet å kjøle seg ned og sakte falme over århundrer. Men en ny 14 år lang studie av spiralgalaksen Messier 83 (M83), ca. 15 millioner lysår fra Jorden, snur denne antakelsen på hodet .

Forskere ved NASAs Chandra X-ray Observatory identifiserte 22 røntgenkilder knyttet til supernovarester i M83, og fant at omtrent halvparten av dem ikke falmer stille hen. I stedet flakker de – lysstyrken i røntgenspekteret varierer dramatisk over tidsskalaer på bare noen få år .

«Vi vet at enkelte røntgenkilder kan variere voldsomt, men å finne at så mange supernovarester gjør dette, var en virkelig overraskelse,» sier Andrea Prestwich, astronom ved Catholic University of America og studiens leder. «Noe uvanlig skjer definitivt inne i disse objektene» . Funnene ble presentert på et møte i American Astronomical Society og publisert i The Astrophysical Journal .

Mysteriet med de urolige restene

Supernovarester er vanligvis hundrevis eller tusenvis av år gamle. Når sjokkbølgen fra den opprinnelige eksplosjonen taper energi, bør den varme gassen stråle bort røntgenlyset sitt og gradvis bli svakere. Men restene i M83 følger ikke dette mønsteret .

Over de 14 årene med observasjoner (fra 2000 til 2014), viste rundt halvparten av de 22 røntgenrestene målbare endringer i lysstyrke. Dette var ingen subtil blinking; variasjonene var tydelige nok i dataene, og noen kilder blusset opp og ble dempet med betydelige mengder over ujevne intervaller .

Bare én av de variable restene har en enkel forklaring. Resten SN 1957D ble observert da det høyhastighets materialet fra eksplosjonen braste inn i en tett region av omkringliggende gass. Kollisjonen produserer et utbrudd av sjokk-oppvarmet materiale og ekstra røntgenstråling, noe som forklarer lysblussene. For de over ti andre blinkende restene er årsaken mer uklar .

Stjerne-zombier: Dobbeltstjerner og kosmisk gjenvinning

Forskerteamet har lansert to hovedteorier for den mystiske flakkingen. Begge antyder at dette ikke bare er «døde» stjerner, men systemer som fremdeles aktivt forbruker materie.

Overlevende kompanjongstjerne: Mange massive stjerner fødes i dobbeltstjernesystemer. Når den mest massive av de to eksploderer, kan den etterlate seg et kompakt objekt – en nøytronstjerne eller et sort hull – mens kompanjongen forblir intakt. Gravitasjonen fra resten kan deretter trekke stjernemateriale bort fra den overlevende stjernen. Idet denne gassen spiralerer innover, varmes den opp til millioner av grader og kan danne et kraftfullt røntgenbinærsystem. Den uforutsigbare materieoverføringen kan forårsake den observerte flakkingen .

Kosmisk gjenvinning (fallback accretion): I stedet for en giverstjerne, kan det nydannede sorte hullet eller nøytronstjernen fange opp en del av materialet som ble slynget ut i den opprinnelige supernovaeksplosjonen. Denne «kosmiske resirkuleringen», der noe materiale ikke unnslipper gravitasjonskraften og faller tilbake på det sentrale objektet, ville på samme måte produsere variabel røntgenstråling .

Disse forklaringene utelukker ikke hverandre, og det er mulig at begge prosessene er i spill blant de ulike restene i utvalget. Bevisene for dobbeltstjerne-teorien styrkes av plasseringen til de blinkende restene – de finnes i områder av M83 med høyere konsentrasjon av massive, unge stjerner, akkurat der man ville forventet å finne røntgenbinærer .

En lignende overraskelse i en annen galakse

M83 er ikke et enkelttilfelle. En oppfølgingsstudie av Malstrømgalaksen (M51) har avdekket en tilsvarende populasjon av variable røntgenkilder assosiert med supernovarester. Oppdagelsen av dette mønsteret i en annen stjernedannende galakse antyder at blinkende rester kan være en vanlig, men tidligere oversett fase av stjerners etterliv i universet .

Bonusfunn: En supernova vegg i vegg med et sort hull

I et ubeslektet, men like fascinerende funn, har Chandra og ESAs XMM-Newton-satellitt avdekket spor etter en supernovarest i et av de mest ekstreme miljøene man kan tenke seg. Restene ble funnet nær Sagittarius A* (Sgr A*), det supermassive sorte hullet i Melkeveiens sentrum, rundt 26 000 lysår fra Jorden .

Astronomene anslår at stjernen som skapte dette vrakgodset eksploderte for rundt 1 700 år siden. Den resulterende resten, i nærheten av et område kalt Sagittarius C, ekspanderer med en hastighet på omtrent 3,2 millioner kilometer i timen. Hvis identifikasjonen bekreftes, vil dette være den nærmeste supernovaresten man noen gang har funnet ved galaksens sentrale sorte hull .

Oppdagelsen, også publisert i The Astrophysical Journal, plasserer en stjerneeksplosjon i et voldelig nabolag preget av ekstrem gravitasjon, tette magnetfelt og gasskyer som hvirvles rundt i høye hastigheter. Å studere en rest i dette miljøet gir astronomer et unikt laboratorium for å forstå hvordan materie oppfører seg i universets kraftigste gravitasjonsfelt .