Astronomer som använder observationer från NASA:s Kepler- och Swift-uppdrag har upptäckt en grupp snabbt snurrande stjärnor som producerar röntgenstrålar på mer än 100 gånger de toppnivåer som någonsin setts från solen. Stjärnorna, som snurrar så snabbt att de har pressats till pumpaliknande former, tros vara resultatet av nära binära system där två solliknande stjärnor smälter samman.

"Dessa 18 stjärnor roterar i genomsnitt på bara några dagar, medan solen tar nästan en månad, sa Steve Howell, en senior forskare vid NASA:s Ames Research Center i Moffett Field, Kalifornien, och ledare för laget. "Den snabba rotationen förstärker samma typ av aktivitet som vi ser på solen, som solfläckar och solflammor, och i huvudsak skickar den i överväxel."

Den mest extrema medlemmen i gruppen, en orange jätte av K-typ kallad KSw 71, är mer än 10 gånger större än solen, roterar på bara 5,5 dagar, och producerar röntgenstrålning 4, 000 gånger större än vad solen gör vid solmax.

Dessa sällsynta stjärnor hittades som en del av en röntgenundersökning av Keplers ursprungliga synfält, en fläck på himlen som består av delar av konstellationerna Cygnus och Lyra. Från maj 2009 till maj 2013, Kepler mätte ljusstyrkan på mer än 150, 000 stjärnor i denna region för att upptäcka den regelbundna nedtoningen från planeter som passerar framför deras värdstjärnor. Uppdraget var oerhört framgångsrikt, nät mer än 2, 300 bekräftade exoplaneter och nästan 5, 000 kandidater hittills. Ett pågående utökat uppdrag, kallas K2, fortsätter detta arbete i områden på himlen som ligger längs ekliptikan, planet för jordens bana runt solen.

"En sidofördel med Kepler-uppdraget är att dess ursprungliga synfält nu är en av de bäst studerade delarna av himlen, " sa teammedlemmen Padi Boyd, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som utformade Swift-undersökningen. Till exempel, hela området observerades i infrarött ljus av NASA:s Wide-field Infrared Survey Explorer, och NASA:s Galaxy Evolution Explorer observerade många delar av den i ultraviolett ljus. "Vår grupp letade efter variabla röntgenkällor med optiska motsvarigheter sett av Kepler, särskilt aktiva galaxer, där ett centralt svart hål driver utsläppen, " hon förklarade.

Med hjälp av röntgen- och ultravioletta/optiska teleskop ombord på Swift, forskarna genomförde Kepler-Swift Active Galaxies and Stars Survey (KSwAGS), avbildning av cirka sex kvadratgrader, eller 12 gånger den skenbara storleken på en fullmåne, i Keplerfältet.

"Med KSwAGS hittade vi 93 nya röntgenkällor, ungefär jämnt fördelat mellan aktiva galaxer och olika typer av röntgenstjärnor, " sa teammedlemmen Krista Lynne Smith, en doktorand vid University of Maryland, College Park som ledde analysen av Swift-data. "Många av dessa källor har aldrig tidigare observerats i röntgenstrålar eller ultraviolett ljus."

För de ljusaste källorna, laget fick spektra med hjälp av 200-tums teleskopet vid Palomar Observatory i Kalifornien. Dessa spektra ger detaljerade kemiska porträtt av stjärnorna och visar tydliga bevis på ökad stjärnaktivitet, särskilt starka diagnostiska linjer av kalcium och väte.

Forskarna använde Kepler-mätningar för att bestämma rotationsperioderna och storlekarna för 10 av stjärnorna, som sträcker sig från 2,9 till 10,5 gånger större än solen. Deras yttemperaturer varierar från något varmare till något kallare än solen, mestadels spänner över spektraltyperna F till K. Astronomer klassificerar stjärnorna som underjättar och jättar, som är mer avancerade evolutionära faser än solens orsakade av större utarmning av deras primära bränslekälla, väte. Alla av dem kommer så småningom att bli mycket större röda jättestjärnor.

Ett papper som beskriver resultaten kommer att publiceras i den 1 november upplagan av Astrofysisk tidskrift och är nu tillgänglig online.

För fyrtio år sedan, Ronald Webbink vid University of Illinois, Urbana-Champaign noterade att nära binära system inte kan överleva när bränsletillförseln av en stjärna minskar och den börjar förstoras. Stjärnorna smälter samman och bildar en enda snabbt snurrande stjärna som ursprungligen finns i en så kallad "utsöndringsskiva" som bildas av gas som kastas ut under sammanslagningen. Skivan försvinner under de kommande 100 miljoner åren, lämnar efter sig en mycket aktiv, snabbt snurrande stjärna.

Howell och hans kollegor föreslår att deras 18 KSwAGS-stjärnor bildades av detta scenario och att de först nyligen har försvunnit sina skivor. Att identifiera så många stjärnor som passerar genom en så kosmiskt kort utvecklingsfas är en riktig välsignelse för stjärnastronomer.

"Webbinks modell föreslår att vi borde hitta cirka 160 av dessa stjärnor i hela Keplerfältet, " sa medförfattaren Elena Mason, en forskare vid det italienska National Institute for Astrophysics Astronomical Observatory of Trieste. "Vad vi har hittat är i linje med teoretiska förväntningar när vi redogör för den lilla del av fältet vi observerade med Swift."

Teamet har redan utökat sina Swift-observationer till ytterligare fält som kartlagts av K2-uppdraget.

Ames sköter Kepler- och K2-uppdragen för NASA:s Science Mission Directorate. NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, hanterade Kepler uppdragsutveckling. Ball Aerospace &Technologies Corp. driver flygsystemet med stöd från Laboratory for Atmospheric and Space Physics vid University of Colorado i Boulder.

Goddard sköter Swift-uppdraget i samarbete med Pennsylvania State University i University Park, Los Alamos National Laboratory i New Mexico och Orbital Sciences Corp. i Dulles, Virginia. Andra partners inkluderar University of Leicester och Mullard Space Science Laboratory i Storbritannien, Brera Observatory och den italienska rymdorganisationen i Italien, med ytterligare samarbetspartners i Tyskland och Japan.