De 'Koe' is niet de enige; met de hulp van W. M. Keck Observatory op Maunakea in Hawaii, astronomen hebben er nog twee ontdekt:de 'Koala' en een soortgelijk mysterieus helder object genaamd CSS161010. Dit trio van snelle blauwe optische transiënten (FBOT's) lijkt familie te zijn, allemaal behorend tot een zeer lichtgevende familie die een track record heeft voor verrassende astronomen met hun snelle, krachtige uitbarstingen van energie.

De 'Koala, ' wat een bijnaam is die is afgeleid van het staartje van zijn officiële naam ZTF18abvkwla, verscheen plotseling als een heldere nieuwe bron aan de optische hemel voordat hij binnen een paar nachten verdween. Een team van astronomen bij Caltech realiseerde zich dat dit gedrag vergelijkbaar was met de 'Koe' en vroeg om radiowaarnemingen om te zien of de twee met elkaar in verband stonden.

"Toen ik de gegevens verkleinde, Ik dacht dat ik een fout had gemaakt, " zei Anna Ho, afgestudeerde student astronomie aan Caltech en hoofdauteur van de studie. "De 'Koala' leek op de 'Koe', maar de radiostraling was tien keer helderder - zo helder als een gammastraaluitbarsting!"

Het artikel van Ho en haar onderzoeksteam is gepubliceerd in het huidige nummer van The Astrofysisch tijdschrift .

Een andere kosmische explosie van dit type, CSS161010, fascineerde een team van astronomen onder leiding van de Northwestern University. Op basis van radiowaarnemingen, ze berekenden dit voorbijgaande gelanceerde materiaal sneller dan 0,55 keer de lichtsnelheid.

"Dit was onverwacht, zei Deanne Coppejans, postdoctoraal medewerker aan de Northwestern University en hoofdauteur van de studie over CSS161010. "We kennen energetische stellaire explosies die materiaal met bijna de lichtsnelheid kunnen uitstoten, specifiek gammastraaluitbarstingen, maar ze lanceren slechts een kleine hoeveelheid massa - ongeveer 1 miljoenste van de massa van de zon. CSS161010 lanceerde 1 tot 10 procent van de massa van de zon tot relativistische snelheden - bewijs dat dit een nieuwe klasse van voorbijgaande aard is!"

De paper van Coppejans en haar team is gepubliceerd in het huidige nummer van The Astrofysische journaalbrieven .

Deze drie vreemde gebeurtenissen vormen een nieuw subtype van FBOT's, die de wereld voor het eerst verblindde in de zomer van 2018 toen de 'Koe, ' kort voor AT2018cow, explodeerde in de lucht.

Drie maanden later, Ho's team heeft de 'Koala' gevangen. Hoewel de 'Koe' de eerste was die de krantenkoppen haalde, CSS161010 was eigenlijk de eerste FBOT die werd ontdekt met lichtgevende radio- en röntgenstraling, maar astronomen wisten nog niet hoe ze deze bevindingen moesten interpreteren.

"In die tijd, er was echt geen theoretisch model dat heldere radiostraling voorspelde van heldere FBOT's, " zei Coppejans. "Pas toen we vervolgradio- en röntgenwaarnemingen uitvoerden, werd de ware aard van CSS161010 duidelijk. Het is belangrijk om het op deze golflengten te zien, omdat uit de gegevens bleek dat we naar iets nieuws en zeer energiek keken."

Wat deze lichtgevende FBOT's vreemd maakt, is dat ze eruitzien als supernova-explosies, maar opvlammen en veel sneller verdwijnen. Ze zijn ook extreem heet, waardoor ze blauwer lijken

in kleur dan uw standaard supernovae.

Ook, terwijl deze nieuwe FBOT-explosies net zo gewelddadig zijn als lange gammastraaluitbarstingen (GRB's) en ook uitstromen kunnen lanceren met relativistische snelheden, hun waarnemingskenmerken zijn anders omdat ze omgeven zijn door veel circumstellaire materie. En in tegenstelling tot GRB's, de 'Koe' en CSS161010 bevatten waterstof.

"We zien deze twee elementen niet in GRB-supernova-spectra omdat we denken dat GRB's afkomstig zijn van stervende sterren die werden 'ontdaan' van hun waterstof- en helium-omhulsels voordat ze in een nieuw zwart gat instortten, " zei Ho.

Oorsprong van lichtgevende FBOTS

De twee teams gebruikten Keck Observatory's Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) en Deep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) om de gaststerrenstelsels van de 'Koala' en CSS161010 te karakteriseren; ze ontdekten dat beide FBOT's afkomstig zijn van dwergstelsels met een lage massa, net als de 'Koe'.

"Het gaststelsel van CSS161010 is zo klein dat alleen een 10-meterklasse telescoop zoals Keck genoeg licht kan verzamelen om ons in staat te stellen de emissie fysiek te modelleren, " zei co-auteur Giacomo Terreran, postdoctoraal medewerker aan de CIERA van de Northwestern University (Center for Interdisciplinary Exploration and Research for Astrophysics). "Opmerkelijk, de Keck-gegevens toonden de gastheerstelsels van CSS161010, de 'Koala, ' en de 'Koe, ' terwijl klein, vormen actief sterren, wat aangeeft dat hun thuisbasis een zeer kleine stellaire massa heeft die typisch is voor dwergstelsels."

"Dit geeft waarschijnlijk de eigenschappen van het dwergstelsel aan, zoals de metalliciteit of formatiegeschiedenis, kan enkele zeer zeldzame evolutionaire paden van sterren mogelijk maken die leiden tot de meest gewelddadige explosies, zei Coppejans.

Hoewel beide teams de explosies van massieve sterren toeschrijven als de meest waarschijnlijke oorzaak van deze nieuwe FBOT's, een andere mogelijkheid die nog wordt overwogen, is dat ze afkomstig zijn van sterren die worden verslonden door zwarte gaten. Als, deze nieuwe klasse van FBOT's zou de sleutel kunnen zijn in de jacht op middelgrote zwarte gaten, die nog moeten worden ontdekt. In het algemeen, hoe massiever een sterrenstelsel is, hoe zwaarder het centrale zwarte gat; deze trend volgen, er wordt verwacht dat dwergstelsels kandidaten zijn voor het herbergen van middelzware zwarte gaten.

"Een idee is dat FBOT's de uitbarsting van een ster kunnen zijn die uit elkaar wordt gescheurd door een zwart gat met een gemiddelde massa. Als dit het geval is, dan kunnen ze mogelijk bakens zijn om deze ongrijpbare zwarte gaten te helpen vinden, " zei CSS161010 co-auteur Rafaella Margutti, assistent-professor natuurkunde en sterrenkunde aan de Northwestern University en faculteitslid van de CIERA van Northwestern.

Hoewel er nog steeds hevig wordt gediscussieerd over de oorsprong van dit type FBOT, de nieuwe gegevens geven een nieuw inzicht in hoe ze zijn ontstaan.

"De waarnemingen bewijzen dat de meest lichtgevende FBOT's een 'centrale motor' hebben - een bron zoals een neutronenster of een zwart gat die de voorbijgaande, " zei Margutti. "Het is nog niet duidelijk of deze heldere FBOT's zeldzame supernova's zijn, sterren worden verscheurd door zwarte gaten, of andere energetische verschijnselen. Multi-golflengte observaties van meer FBOT's en hun omgeving zullen deze vraag beantwoorden."

Methodologie en volgende stappen

Door hun extreem snelle stijging tot maximaal licht, deze zeldzame FBOT's zijn moeilijk te detecteren. Maar recente ontwikkelingen in optische onderzoeken met hoge cadans die elke nacht enorme delen van de lucht scannen, maken de jacht op zeldzame, kortdurende transiënten meer haalbaar. De sleutel tot het bepalen van hun ware aard is het uitvoeren van vervolgobservaties op meerdere golflengten.

De 'Koala' werd voor het eerst gedetecteerd met behulp van de Zwicky Transient Facility van het Palomar Observatory. Ho's team gebruikte vervolgens de Hale-telescoop om spectra te verkrijgen, gevolgd door de Very Large Array (VLA) en de Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) om radiowaarnemingen uit te voeren.

CSS161010 werd voor het eerst vastgelegd door de Catalina Real-time Transient Survey en onafhankelijk ontdekt door de All-Sky Automated Survey for Supernovae. Coppejans en haar team voerden vervolgens vervolgradio-waarnemingen uit met de VLA en GMRT, en röntgenwaarnemingen met NASA's Chandra X-ray Observatory.

De radio-emissie wordt geproduceerd door de schokgolf van het materiaal dat met meer dan 0,55 keer de lichtsnelheid in het omringende medium slaat, maar de röntgenstraling kan niet op deze manier worden verklaard. Het team speculeert dat ze de centrale motor in röntgenstralen zouden kunnen zien, zoals in de 'Koe'.

"Een geleerde les is dat FBOT's zeldzamer en moeilijker te vinden zijn gebleken dan sommigen van ons hoopten, in de radioband zijn ze ook veel helderder dan we hadden geraden, waardoor we vrij uitgebreide gegevens kunnen verstrekken, zelfs over gebeurtenissen die ver weg zijn, " zei Daniël Perley, hoofddocent aan het Astrophysics Research Institute van Liverpool John Moores University en co-auteur van de 'Koala'-studie.

"Deze waarnemingen van de 'Koala' en CSS161010 laten zien hoeveel we kunnen leren van radio- en röntgenwaarnemingen van FBOT's, " zei Ho. "De uitdaging voor de toekomst is om verschillende FBOT-subtypes af te bakenen en een nauwkeuriger vocabulaire te ontwikkelen. Het is spannend om te helpen bij het onderzoeken van een nieuw en onverwacht fenomeen. In de wetenschap, je vindt soms niet wat je verwachtte te vinden, maar gaandeweg ontdek je nieuwe richtingen."