Een raadselachtige röntgenbron die is onthuld als onderdeel van een dataminingproject voor middelbare scholieren, toont onontgonnen wegen die verborgen zijn in het enorme archief van ESA's XMM-Newton X-ray Observatory.

Toen XMM-Newton in 1999 werd gelanceerd, de meeste studenten die vandaag de middelbare school afmaken, zijn niet eens geboren. Toch heeft ESA's bijna twee decennia oude röntgenobservatorium veel verrassingen te ontdekken door de volgende generatie wetenschappers.

Een voorproefje van nieuwe ontdekkingen werd onthuld in een recente samenwerking tussen wetenschappers van het National Institute of Astrophysics (INAF) in Milaan, Italië, en een groep leerlingen van de twaalfde klas van een middelbare school in het nabijgelegen Saronno.

De vruchtbare interactie was onderdeel van het project Exploring the X-ray Transient en variable Sky, EXTRA'S, een internationale onderzoeksstudie van variabele bronnen uit de eerste 15 jaar van XMM-Newton-waarnemingen.

"We hebben onlangs de EXTraS-catalogus gepubliceerd, die alle röntgenbronnen omvat - ongeveer een half miljoen - waarvan de helderheid in de loop van de tijd verandert, zoals waargenomen door XMM-Newton, en geeft een overzicht van verschillende waargenomen parameters voor elke bron, " zegt Andrea de Luca, een van de wetenschappers die het studentenproject coördineerde.

"De volgende stap was om in deze enorme dataset te duiken en potentieel interessante bronnen te vinden, en we dachten dat dit een spannende uitdaging zou zijn voor een studentenstage, ", voegt Andrea eraan toe.

Wetenschappers van INAF in Milaan werken al een paar jaar samen met lokale scholen, een aantal weken meerdere groepen studenten op het instituut opvangen en inbedden in de activiteiten van de verschillende onderzoeksgroepen.

"Voor dit specifieke project de studenten kregen een inleiding over astronomie en de exotische bronnen die we bestuderen met röntgentelescopen, evenals een tutorial over de database en hoe deze te gebruiken, " legt Ruben Salvaterra uit, een andere wetenschapper die bij het programma betrokken is.

"Toen ze eenmaal klaar waren om het data-archief te verkennen, ze bleken zeer effectief en vindingrijk."

De zes studenten analyseerden ongeveer 200 röntgenbronnen, kijken naar hun lichtcurve - een grafiek die de variabiliteit van het object in de tijd laat zien - en het controleren van de wetenschappelijke literatuur om te verifiëren of ze al waren bestudeerd.

Eventueel, ze identificeerden een handvol bronnen die interessante eigenschappen vertoonden - een krachtige uitbarsting, bijvoorbeeld - dat was niet eerder gemeld door andere onderzoeken.

"Een van de bronnen viel op als bijzonder intrigerend, " zegt Andre.

Met de kortste flare van alle geanalyseerde objecten, deze bron lijkt zich te bevinden in de bolvormige sterrenhoop NGC 6540 - een dichte groep sterren - en was nog niet eerder bestudeerd.

Na het presenteren van hun bevindingen aan de wetenschappers in een seminar, de leerlingen gingen weer naar school. Maar het werk voor Andrea, Ruben en medewerkers waren nog maar net begonnen.

"De door de studenten geïdentificeerde bron toont helderheidsveranderingen als geen ander bekend object, dus we gingen meer in detail kijken, ' zegt Ruben.

Een anders lage lichtsterkte bron van röntgenstralen, XMM-Newton zag het in 2005 tot 50 keer het normale niveau helderder worden, en snel weer vallen na ongeveer vijf minuten.

Sterren zoals onze zon schijnen matig in röntgenstralen, en ondergaan af en toe fakkels die hun helderheid verhogen, zoals die in deze bron is waargenomen. Echter, dergelijke gebeurtenissen duren normaal gesproken veel langer - tot enkele uren of zelfs dagen.

Anderzijds, korte uitbarstingen worden waargenomen in dubbelstersystemen die een dicht stellair overblijfsel herbergen, zoals een neutronenster, maar deze uitstortingen van röntgenstralen worden gekenmerkt door een veel hogere helderheid.

"Deze gebeurtenis daagt ons begrip van röntgenuitbarstingen uit:te kort om een ​​gewone steruitbarsting te zijn, maar te zwak om te worden gekoppeld aan een compact object, " legt medewerker Sandro Mereghetti uit, hoofdauteur van het artikel waarin de resultaten worden gepresenteerd.

Een andere mogelijkheid is dat de bron een zogenaamd chromosferisch actief binair getal is, een duaal systeem van sterren met intense röntgenactiviteit veroorzaakt door processen in hun chromosfeer, een tussenlaag in de atmosfeer van een ster. Maar zelfs in dit geval het komt niet goed overeen met de eigenschappen van enig bekend object van deze klasse.

De wetenschappers vermoeden dat deze eigenaardige bron niet uniek is, en dat andere objecten met vergelijkbare eigenschappen op de loer liggen in het XMM-Newton-archief, maar nog niet zijn geïdentificeerd vanwege de combinatie van lage lichtsterkte en korte duur van de overstraling.

"De systematische studie van variabiliteit die leidde tot de samenstelling van de EXTraS-catalogus, samen met deze eerste poging tot datamining, suggereert dat we een nieuwe, onontgonnen venster op het röntgenuniversum, ", voegt Sandro toe.

Het team is van plan de nieuw geïdentificeerde bron in meer detail te bestuderen om de aard ervan beter te begrijpen, tijdens het zoeken naar meer vergelijkbare objecten in het archief.

"Het is opwindend om verborgen juwelen zoals deze bron te vinden in het XMM-Newton-archief, en dat jonge studenten ons helpen ze te vinden terwijl ze leren en plezier hebben, " concludeert Norbert Schartel, XMM-Newton projectwetenschapper bij ESA.