science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Heilige koe! Mysterieuze explosie bestudeerd met NASA-telescopen

AT2018cow barstte uit in of nabij een sterrenstelsel dat bekend staat als CGCG 137-068, die zich op ongeveer 200 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Hercules bevindt. Deze ingezoomde afbeelding toont de locatie van de "koe" in de melkweg. Krediet:Sloan Digital Sky Survey

Een korte en ongewone flits gespot in de nachtelijke hemel op 16 juni, 2018, verbaasde astronomen en astrofysici over de hele wereld. Het evenement - genaamd AT2018cow en bijgenaamd "de Koe" naar de toevallige laatste letters in zijn officiële naam - is anders dan elke hemelse uitbarsting die ooit eerder is gezien, aanleiding geven tot meerdere theorieën over de bron.

Gedurende drie dagen, de koe produceerde een plotselinge explosie van licht die minstens 10 keer helderder is dan een typische supernova, en toen vervaagde het in de komende maanden. Deze ongewone gebeurtenis vond plaats in of nabij een stervormend sterrenstelsel dat bekend staat als CGCG 137-068, op ongeveer 200 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Hercules. De koe werd voor het eerst waargenomen door de door NASA gefinancierde Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System-telescoop op Hawaï.

Dus wat is de koe precies? Met behulp van gegevens van meerdere NASA-missies, waaronder de Neil Gehrels Swift Observatory en de Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), twee groepen publiceren artikelen die mogelijke verklaringen bieden voor de oorsprong van de koe. Een artikel stelt dat de koe een monsterlijk zwart gat is dat een passerende ster versnippert. Het tweede artikel veronderstelt dat het een supernova is - een stellaire explosie - waaruit een zwart gat of een neutronenster is voortgekomen.

Onderzoekers van beide teams deelden hun interpretaties tijdens een paneldiscussie op donderdag, 10 januari op de 233e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Seattle.

Kijk wat wetenschappers denken dat er gebeurt als een zwart gat een hete, dichte witte dwergster. Een team dat werkt met observaties van NASA's Neil Gehrels Swift Observatory, suggereert dat dit proces een mysterieuze uitbarsting verklaart die bekend staat als AT2018cow, of 'de koe'. Krediet:NASA's Goddard Space Flight Center

Een zwart gat dat een compacte ster versnippert?

Een mogelijke verklaring voor de koe is dat een ster uit elkaar is gescheurd in wat astronomen een 'getijdeverstoring' noemen. Net zoals de zwaartekracht van de maan ervoor zorgt dat de oceanen van de aarde uitpuilen, getijden creëren, een zwart gat heeft een vergelijkbaar maar krachtiger effect op een naderende ster, uiteindelijk breken het in een stroom van gas. De staart van de gasstroom wordt uit het systeem geslingerd, maar de voorrand zwaait terug rond het zwarte gat, botst met zichzelf en creëert een elliptische wolk van materiaal. Volgens een onderzoeksteam dat gegevens gebruikt van infraroodstraling tot gammastralen van Swift en andere observatoria, deze transformatie verklaart het gedrag van de koe het best.

"We hebben nog nooit zoiets als de Koe gezien, wat erg spannend is, " zei Amy Lien, een assistent-onderzoeker aan de Universiteit van Maryland, Baltimore County en NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "We denken dat een getijdestoring de snelle, echt ongebruikelijke lichtflits aan het begin van het evenement en het beste verklaart Swift's multigolflengte-waarnemingen toen deze in de komende maanden vervaagden."

Lien en haar collega's denken dat de versnipperde ster een witte dwerg was - een hete, stellair overblijfsel ter grootte van de aarde dat de uiteindelijke staat van sterren zoals onze zon markeert. Ze berekenden ook dat de massa van het zwarte gat varieert van 100, 000 tot 1 miljoen keer de zon, bijna net zo groot als het centrale zwarte gat van zijn gaststelsel. Het is ongebruikelijk om zwarte gaten van deze schaal buiten het centrum van een melkwegstelsel te zien, maar het is mogelijk dat de koe plaatsvond in een nabijgelegen satellietstelsel of een bolvormige sterrenhoop waarvan de oudere stellaire populaties een groter aandeel witte dwergen zouden kunnen hebben dan gemiddelde sterrenstelsels.

AT2018cow barstte uit in of nabij een sterrenstelsel dat bekend staat als CGCG 137-068, die zich op ongeveer 200 miljoen lichtjaar van de aarde bevindt in het sterrenbeeld Hercules. Het gele kruis geeft de locatie van deze raadselachtige uitbarsting aan. Krediet:Sloan Digital Sky Survey

Een paper waarin de bevindingen worden beschreven, co-auteur van Lien, zal in een toekomstige editie van het tijdschrift verschijnen Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society .

"De koe produceerde in zeer korte tijd een grote wolk puin, " zei hoofdauteur Paul Kuin, een astrofysicus aan het University College London (UCL). "Het versnipperen van een grotere ster om zo'n wolk te produceren, zou een groter zwart gat vergen, resulteren in een langzamere toename van de helderheid en het duurt langer voordat het vuil is geconsumeerd."

Of een nieuwe kijk op een supernova?

Een ander team van wetenschappers was in staat om gegevens over de koe te verzamelen over een nog breder bereik van golflengten, variërend van radiogolven tot gammastralen. Op basis van die observaties, het team suggereert dat een supernova de bron van de koe zou kunnen zijn. Wanneer een massieve ster sterft, het explodeert als een supernova en laat een zwart gat achter of een ongelooflijk dicht object dat een neutronenster wordt genoemd. De koe zou de geboorte van een van deze stellaire overblijfselen kunnen vertegenwoordigen.

Astronomen die op de grond gestationeerde observatoria gebruikten, vingen de voortgang van een kosmische gebeurtenis met de bijnaam "de koe, " zoals te zien in deze drie afbeeldingen. Links:De Sloan Digital Sky Survey in New Mexico observeerde het gaststelsel Z 137-068 in 2003, met de koe nergens in zicht. (De groene cirkel geeft de locatie aan waar de koe uiteindelijk verscheen). Midden:De Liverpool-telescoop op de Spaanse Canarische Eilanden zag de koe op 20 juni heel dicht bij de piekhelderheid van het evenement, 2018, toen het veel helderder was dan het gaststelsel. Rechts:de William Herschel-telescoop, ook op de Canarische Eilanden, een hoge resolutie foto van de koe nam bijna een maand nadat deze de maximale helderheid had bereikt, toen het vervaagde en het gaststelsel weer in zicht kwam. Krediet:Daniel Perley, Liverpool John Moores University

"We zagen kenmerken in de koe die we nog nooit eerder hebben gezien in een voorbijgaande, of snel veranderen, object, " zei Raffaella Margutti, een astrofysicus aan de Northwestern University in Evanston, Illinois, en hoofdauteur van een studie over de koe die wordt gepubliceerd in The Astrofysisch tijdschrift . "Ons team gebruikte hoogenergetische röntgengegevens om aan te tonen dat de koe kenmerken heeft die vergelijkbaar zijn met een compact lichaam zoals een zwart gat of materiaal dat neutronensterren consumeert. Maar op basis van wat we in andere golflengten zagen, we denken dat dit een speciaal geval was en dat we - voor de eerste keer - de creatie van een compact lichaam in realtime hebben waargenomen."

Margutti's team analyseerde gegevens van meerdere observatoria, inclusief NASA's NuSTAR, ESA's (de European Space Agency) XMM-Newton en INTEGRAL satellieten, en de Very Large Array van de National Science Foundation. Het team stelt voor dat de heldere optische en ultraviolette flits van de koe een supernova signaleerde en dat de röntgenstraling die kort na de uitbarsting volgde, voortkwam uit gas dat energie uitstraalde toen het op een compact object viel.

Typisch, de uitdijende puinwolk van een supernova blokkeert elk licht van het compacte object in het midden van de ontploffing. Vanwege de röntgenstraling, Margutti en haar collega's suggereren dat de oorspronkelijke ster in dit scenario mogelijk relatief laag in massa was, het produceren van een relatief dunnere puinwolk waardoor röntgenstralen van de centrale bron konden ontsnappen.

"Als we de geboorte van een compact object in realtime zien, dit zou het begin kunnen zijn van een nieuw hoofdstuk in ons begrip van stellaire evolutie, " zei Brian Grefenstette, een NuSTAR instrumentwetenschapper bij Caltech en een co-auteur van Margutti's paper. "We hebben naar dit object gekeken met veel verschillende observatoria, en natuurlijk hoe meer vensters je opent naar een object, hoe meer je erover kunt leren. Maar, zoals we zien bij de Koe, dat betekent niet noodzakelijk dat de oplossing eenvoudig zal zijn."