ESA's hoogenergetische ruimtetelescopen Integral en XMM-Newton hebben geholpen bij het vinden van een bron van krachtige röntgenstraling in het centrum van een ongekend heldere en snel evoluerende stellaire explosie die eerder dit jaar plotseling aan de hemel verscheen.

De ATLAS-telescoop in Hawaï zag het fenomeen voor het eerst, sindsdien genaamd AT2018cow, op 16 juni. Kort daarna, astronomen over de hele wereld richtten veel ruimte- en grondtelescopen op het nieuw gevonden hemellichaam, gelegen in een sterrenstelsel op zo'n 200 miljoen lichtjaar afstand.

Ze realiseerden zich al snel dat dit iets compleet nieuws was. In slechts twee dagen overschreed het object de helderheid van elke eerder waargenomen supernova - een krachtige explosie van een verouderende massieve ster die het grootste deel van zijn materiaal in de omringende ruimte verdrijft, het interstellaire stof en de gassen in zijn omgeving opvegen.

Een nieuw papier, geaccepteerd voor publicatie in de Astrofysisch tijdschrift , presenteert de waarnemingen van de eerste 100 dagen van het bestaan ​​van het object, die het gehele elektromagnetische spectrum van de explosie bestrijkt, van radiogolven tot gammastralen.

De analyse, waaronder waarnemingen van ESA's Integral en XMM-Newton, evenals de NuSTAR- en Swift-ruimtetelescopen van NASA, vond een bron van hoogenergetische röntgenstralen diep in de explosie.

Het gedrag van deze bron, of motor, zoals blijkt uit de gegevens, suggereert dat het vreemde fenomeen een ontluikend zwart gat kan zijn of een neutronenster met een krachtig magnetisch veld, het omringende materiaal opzuigen.

"De meest opwindende interpretatie is dat we misschien voor het eerst de geboorte van een zwart gat of een neutronenster hebben gezien, " zegt Raffaella Margutti van de Northwestern University, VS, hoofdauteur van het artikel.

"We weten dat zwarte gaten en neutronensterren ontstaan ​​wanneer sterren instorten en exploderen als een supernova, maar nooit eerder hebben we er een gezien op het moment van geboorte, " voegt co-auteur Indrek Vurm van Tartu Observatory toe, Estland, die werkte aan het modelleren van de waarnemingen.

De AT2018cow-explosie was niet alleen 10 tot 100 keer helderder dan elke andere supernova die eerder werd waargenomen:hij bereikte ook veel sneller zijn maximale helderheid dan enige andere eerder bekende gebeurtenis - in slechts een paar dagen vergeleken met de gebruikelijke twee weken.

Integral deed zijn eerste waarnemingen van het fenomeen ongeveer vijf dagen nadat het was gemeld en bleef het gedurende 17 dagen volgen. De gegevens bleken cruciaal voor het begrip van het vreemde object.

"Integraal bestrijkt een golflengtebereik dat door geen enkele andere satelliet wordt gedekt, zegt Erik Kuulkers, Integraal projectwetenschapper bij ESA. "We hebben een zekere overlap met NuSTAR in het hoogenergetische röntgengedeelte van het spectrum, maar we kunnen hogere energieën zien, te."

Dus terwijl gegevens van NuSTAR het harde röntgenspectrum zeer gedetailleerd onthulden, met Integral konden de astronomen het spectrum van de bron volledig zien, inclusief de bovengrens bij zachte gammastralingsenergieën.

"We zagen een soort bult met een scherpe afsnijding in het spectrum aan de hoge energiekant, " zegt Volodymyr Savchenko, een astronoom aan de Universiteit van Genève, Zwitserland, die aan de Integral-gegevens hebben gewerkt. "Deze bult is een extra component van de straling die vrijkomt bij deze explosie, schijnt door een ondoorzichtige, of optisch dik, medium."

"Deze hoogenergetische straling kwam hoogstwaarschijnlijk uit een gebied met zeer heet en dicht plasma rond de bron, " voegt Carlo Ferrigno toe, ook van de Universiteit van Genève.

Omdat Integral de AT2018cow-explosie langere tijd in de gaten bleef houden, de gegevens konden ook aantonen dat het hoogenergetische röntgensignaal geleidelijk vervaagde.

Raffaella legt uit dat deze hoogenergetische röntgenstraling die wegging de zogenaamde opgewerkte straling was - straling van de bron die in wisselwerking staat met materiaal dat door de explosie wordt uitgestoten. Terwijl het materiaal zich van het centrum van de explosie verwijdert, het signaal neemt geleidelijk af en verdwijnt uiteindelijk volledig.

Bij dit signaal echter, de astronomen waren in staat patronen te vinden die typerend zijn voor een object dat materie uit zijn omgeving aanzuigt - ofwel een zwart gat of een neutronenster.

"Dit is het meest ongewone dat we hebben waargenomen in AT2018cow en het is absoluut iets ongekends in de wereld van explosieve voorbijgaande astronomische gebeurtenissen, ' zegt Raffaella.

In de tussentijd, XMM-Newton heeft deze ongewone explosie twee keer bekeken in de eerste 100 dagen van zijn bestaan. Het detecteerde het lagere energetische deel van zijn röntgenstraling, die, volgens de astronomen komt rechtstreeks van de motor in de kern van de explosie. In tegenstelling tot de hoogenergetische röntgenstralen die uit het omringende plasma komen, de röntgenstralen met lagere energie van de bron zijn nog steeds zichtbaar.

De astronomen zijn van plan om in de toekomst XMM-Newton te gebruiken om een ​​vervolgobservatie uit te voeren, waardoor ze het gedrag van de bron over een langere periode beter kunnen begrijpen.

"We blijven de XMM-Newton-gegevens analyseren om te proberen de aard van de bron te begrijpen, " zegt co-auteur Giulia Migliori van de Universiteit van Bologna, Italië, die aan de röntgengegevens werkte. "Aangroeiende zwarte gaten laten karakteristieke afdrukken achter in röntgenstralen, die we mogelijk in onze gegevens kunnen detecteren."

"Deze gebeurtenis was volkomen onverwacht en het laat zien dat er veel is dat we niet helemaal begrijpen, " zegt Norbert Schartel, ESA's XMM-Newton projectwetenschapper. "Een satelliet, een instrument alleen, zou zo'n complex object nooit kunnen begrijpen. De gedetailleerde inzichten die we konden verzamelen in de innerlijke werking van de mysterieuze AT2018cow-explosie waren alleen haalbaar dankzij de brede samenwerking en combinatie van vele telescopen."