Chandra avslöjar fladdrande döda stjärnor: Supernovarester blinkar oväntat i M83

I decennier har en massiv stjärnas död betraktats som en grandios men förutsägbar färd mot mörkret. Efter den initiala supernovaexplosionen förväntades det kvarvarande molnet av het gas och bråte – en så kallad supernovarest – helt enkelt svalna och långsamt tyna bort under århundradenas lopp. Men en ny 14 år lång studie av den spiralgalaxen Messier 83 (M83), även känd som Södra Vindsnurregalaxen, ställer det antagandet på ända.

Med hjälp av data från Nasas röntgenteleskop Chandra kunde forskarna identifiera 22 röntgenkällor kopplade till supernovarester i M83, som ligger ungefär 15 miljoner ljusår från jorden. De fann att ungefär hälften av dessa rester inte tonar bort i tysthet. Istället fladdrar de – deras ljusstyrka ökar och minskar dramatiskt under loppet av några år .

"Vi vet att enskilda röntgenkällor kan variera våldsamt, men att upptäcka att så många supernovarester gör det var en verklig överraskning", säger Andrea Prestwich, astronom vid Catholic University of America som ledde studien. "Något ovanligt händer definitivt inuti dessa objekt" . Resultaten presenterades vid ett möte med American Astronomical Society och publicerades i tidskriften The Astrophysical Journal .

Mystiken med de rastlösa resterna

Supernovarester är vanligtvis hundratals eller tusentals år gamla. När den första chockvågen från explosionen tappar energi, borde den heta gasen stråla bort sin röntgenstrålning och bli stadigt svagare. Men populationen i M83 följer inte manuset .

Av de 22 röntgenstrålande rester som analyserades under det 14 år långa observationsfönstret (från 2000 till 2014), uppvisade ungefär hälften mätbara förändringar i ljusstyrka. Det rörde sig inte om något subtilt flimmer; variationerna var tillräckligt signifikanta för att vara uppenbara i datan, där vissa källor lyste upp och falnade avsevärt under oregelbundna intervaller .

Endast en av de variabla resterna har en okomplicerad förklaring. Den har beteckningen SN 1957D och observerades när dess höghastighetsskräp brakade in i ett tätt område av omgivande gas. Kollisionen producerar en utbrott av chockupphettat material och extra röntgenstrålning, vilket förklarar dess fladdrande. För de andra, mer än tio fladdrande resterna, är orsaken mindre klar .

Stellära zombier: Dubbelstjärnor och återfallsackretion

Forskarteamet har lagt fram två huvudsakliga teorier för det mystiska fladdrandet, vilka båda antyder att dessa inte bara är "döda" stjärnor, utan system som fortfarande aktivt slukar materia.

Scenario med överlevande kompanjonsstjärna: Många massiva stjärnor föds i dubbelpar. När den mer massiva av de två exploderar, kan den lämna efter sig ett kompakt objekt – en neutronstjärna eller ett svart hål – medan dess följeslagare förblir intakt. Restens gravitation kan sedan dra till sig stellärmaterial från den överlevande kompanjonen. När denna gas spiralerar in hettas den upp till miljontals grader och skapar ett kraftfullt system som kallas en röntgenbinär. Den oförutsägbara takten på denna materialöverföring kan orsaka det observerade fladdrandet .

Återfallsackretion: Istället för en givarstjärna kan det nybildade svarta hålet eller neutronstjärnan återfånga en del av det bråte som ursprungligen slungades ut i supernovan. Denna "kosmiska återvinning", där en del material inte lyckas undkomma gravitationen och faller tillbaka mot det centrala objektet, skulle på samma sätt producera variabel röntgenstrålning .

Dessa förklaringar utesluter inte varandra, och det är möjligt att båda processerna är i arbete bland de olika resterna i urvalet. Bevisen för dubbelstjärneteori stärks av platserna där de fladdrande resterna återfinns – de ligger i fickor av M83 som har högre koncentrationer av massiva unga stjärnor, precis där man skulle förvänta sig att hitta högmassiva röntgenbinärer .

En liknande överraskning i en annan galax

M83 är inte ett isolerat fall. En uppföljande studie av Virvelgalaxen (M51) har avslöjat en jämförbar population av variabla röntgenkällor förknippade med supernovarester. Upptäckten av detta mönster i en andra stjärnbildande galax antyder att fladdrande rester kan vara en vanlig, tidigare förbisedd fas av stjärnors liv efter detta i universum .

Bonusupptäckt: En supernova granne med ett svart hål

I ett orelaterat men lika fascinerande fynd har Chandra och Europeiska rymdorganisationens (ESA) satellit XMM-Newton hittat bevis för en supernovarest i en av de mest extrema miljöer man kan tänka sig. Vrakspillrorna återfanns nära Sagittarius A* (Sgr A*), det supermassiva svarta hålet i Vintergatans centrum, omkring 26 000 ljusår från jorden .

Astronomerna uppskattar att stjärnan som skapade detta skräp exploderade för relativt nyliga 1 700 år sedan. Den resulterande resten, belägen nära en region kallad Sagittarius C, expanderar med en hastighet av ungefär 3,2 miljoner kilometer i timmen. Om identifieringen bekräftas skulle detta vara den närmaste supernovarest som någonsin upptäckts intill vår galax centrala svarta hål .

Upptäckten, som också publicerats i The Astrophysical Journal, placerar en stjärnexplosion i ett våldsamt grannskap som domineras av extrem gravitation, täta magnetfält och gasmoln som piskas runt i höga hastigheter. Att studera en rest i denna miljö ger astronomer ett unikt laboratorium för att förstå hur materia beter sig i universums mest kraftfulla gravitationsfält .