84 extrema röntgenkällor kan ha gömt sig mitt i Chandras arkiv

Astronomer under ledning av Mustafa Muhibullah har identifierat 84 ljusstarka, punktformiga röntgenkällor som till stor del har undgått tidigare kartläggningar av närliggande galaxer. Objekten kallas hypersofta röntgenkällor – på engelska hypersoft X-ray sources, HSS – eftersom nästan all deras strålning ligger vid ovanligt låga röntgenenergier, främst under 0,3 keV. Fyndet gjordes genom en ny granskning av offentligt tillgängliga observationer från NASA:s röntgenteleskop Chandra. 3

Urvalet omfattar spiralgalaxerna M31, alltså Andromedagalaxen, och M101, även kallad Pinwheelgalaxen, samt fyra elliptiska galaxer. Det är viktigt att skilja på vad som faktiskt har upptäckts och vad som fortfarande är en hypotes: HSS är än så länge en observationsbaserad klass, definierad av sitt särskilda energispektrum. Vad varje enskild källa fysiskt består av är inte klarlagt. 3

De försvinner i vanliga röntgenbilder

De flesta sökningar efter röntgenkällor fokuserar på högre energier. De hypersofta källorna sticker ut åt motsatt håll: de syns tydligt i Chandras lägsta energiband, men är svaga eller helt osynliga i de mer traditionella röntgenbilderna med högre energi.

Forskarna definierar dem bland annat genom att emissionen domineras av fotoner under 0,3 keV. Förhållandet mellan fotoner i intervallet 0,15–0,3 keV och dem i intervallet 0,3–1,0 keV är mycket högt. 3

Det gör dem svåra att hitta av två skäl:

• Chandra arbetar nära gränsen för sin känslighet vid de allra lägsta röntgenenergierna.
• Den ultravioletta strålning som sådana mjuka spektrum antyder absorberas lätt av väte och helium i den interstellära gasen innan den når jorden.

Därmed uppstår ett observationsmässigt glapp mellan röntgen- och UV-området. Tidigare Chandra-arbete har också visat att källor som bara sänder ut under 0,3 keV i stor utsträckning saknas i vanliga källkataloger och publicerade listor. 6

Vita dvärgar, neutronstjärnor eller svarta hål?

En ledande förklaring är att objekten är ackreterande dubbelstjärnesystem. Då drar ett kompakt objekt gas från en följeslagarstjärna. Det kompakta objektet kan i princip vara en vit dvärg, en neutronstjärna eller ett svart hål.

När gasen faller inåt värms den upp. I vissa fall kan resultatet bli ett spektrum som domineras av extrem ultraviolett strålning och ultrasoft röntgenstrålning, snarare än de hårdare röntgenstrålar som ofta förknippas med röntgendubbelstjärnor.

Temperaturerna som härleds ur Chandras spektrum ligger kring 200 000–250 000 °C. Men det är inte direkta temperaturmätningar: värdena bygger på modeller som extrapolerar data från teleskopets lågenergigräns. Därför kan samma hypersofta utseende möjligen uppstå i flera olika typer av kompakta system eller ackretionslägen.

Kan ge ledtrådar om supernovor

Om en del av HSS-källorna är vita dvärgar som stadigt samlar på sig materia från en följeslagare, kan de peka ut system på väg mot de förhållanden som kopplas till typ Ia-supernovor. Sådana explosioner används bland annat för att mäta kosmiska avstånd, men astronomerna har fortfarande inte fullständig klarhet i vilka dubbelstjärnesystem som blir deras föregångare.

Den uppskattade UV-strålningen kan dessutom påverka gasen runt systemen. Ultravioletta fotoner joniserar gasen, vilket förändrar dess kemi och hur effektivt den kyls. Det är processer som har betydelse för hur gas beter sig inne i galaxer. NASA framhåller att de nya källorna kan vara relevanta både för frågan om typ Ia-supernovors ursprung och för joniseringen av interstellär gas.

Hubble ska pröva tolkningen

Nästa steg blir observationer med rymdteleskopet Hubble. De kan söka efter, eller sätta gränser för, ultravioletta motsvarigheter till utvalda hypersofta källor. Det ger ett oberoende test av den UV-energi som har beräknats utifrån Chandras ultrasofta röntgenspektrum.

Tillsammans med information om röntgenljusstyrka, variationer över tid, omgivande miljö och möjliga följeslagarstjärnor kan UV-data hjälpa forskarna att skilja vita dvärgsystem från system med neutronstjärnor eller svarta hål. Observationerna kan också avgöra om HSS verkligen är en enda fysisk population – eller ett samlingsnamn för flera slags kompakta dubbelstjärnor med samma ovanliga lågenergisignatur.