Animation som visar variationen hos den upptäckta flammande röntgenkällan. Källans intensitet ökade mer än 1000 gånger och sjönk sedan till osynlighet under en period av några timmar. Kredit:NASA/CXC/F. Bauer et al.
En mystisk röntgenblixt har upptäckts av NASA:s Chandra röntgenobservatorium i den djupaste röntgenbild som någonsin erhållits. Denna källa kommer troligen från någon form av destruktiv händelse, men det kan vara av en mängd som forskare aldrig har sett förut.
Röntgenkällan upptäcktes ursprungligen i oktober 2014 av Bin Luo, en postdoktoral forskare i Penn State; Niel Brandt, Verne M. Willaman professor i astronomi och astrofysik och professor i fysik vid Penn State; och Franz Bauer, en docent i astrofysik vid det påvliga katolska universitetet i Chile i Santiago, Chile. Luo har sedan flyttat från Brandts grupp för att bli professor i astronomi och rymdvetenskap vid Nanjings universitet i Kina, och Bauer hade varit postdoktor i Brandts grupp från 2000 till 2003. Data samlades in med hjälp av Advanced CCD Imaging Spectrometer på Chandra, ett instrument utformat och designat av ett team ledd av Penn State Evan Pugh professor emeritus i astronomi och astrofysik Gordon Garmire.
"Den här flammande källan var en underbar överraskningsbonus som vi av misstag upptäckte i våra ansträngningar att utforska det dåligt förstådda riket i det ultra-svaga röntgenuniversumet, ", sa Brandt. "Vi hade definitivt "tur" med detta fynd och har nu ett spännande nytt övergående fenomen att utforska under kommande år."
Beläget i en region på himlen som kallas Chandra Deep Field-South (CDF-S), röntgenkällan har anmärkningsvärda egenskaper. Före oktober 2014, denna källa upptäcktes inte i röntgenstrålar, men sedan bröt det ut och blev minst en faktor på 1, 000 ljusare på några timmar. Efter ungefär ett dygn, källan hade bleknat helt under Chandras känslighet.
Tusentals timmar av äldre data från rymdteleskopen Hubble och Spitzer hjälpte till att fastställa att händelsen kom från en svag, liten galax cirka 10,7 miljarder ljusår från jorden. Under några minuter, röntgenkällan producerade tusen gånger mer energi än alla stjärnor i denna galax.
Röntgenbild av Chandra Deep Field-South, den del av himlen där den blossande röntgenkällan upptäcktes. Detta är den djupaste röntgenbilden som någonsin skapats, gjort med cirka 7 miljoner sekunder av observationstid med NASA:s Chandra röntgenobservatorium. Platsen för den flammande källan, med namnet 'CDF-S XT1, ' är markerad med den vita pilen. Serien av små bilder längst ned visar variationen hos den utvidgade röntgenkällan över tiden (med tiden som ökar från vänster till höger, som sträcker sig över ett par timmar). Kredit:NASA/CXC/F. Bauer et al.
"Ända sedan jag upptäckte denna källa, vi har kämpat för att förstå dess ursprung, sade Bauer. Det är som att vi har ett pussel men vi har inte alla bitar.
Två av de tre huvudsakliga möjligheterna att förklara röntgenkällan framkallar gammastrålningshändelser (GRB). GRB:er sprutas av explosioner som utlöses antingen genom att en massiv stjärna kollapsar eller genom en sammanslagning av en neutronstjärna med en annan neutronstjärna eller ett svart hål. Om strålen pekar mot jorden, en explosion av gammastrålar detekteras. När strålen expanderar, den förlorar energi och producerar svagare, mer isotrop strålning vid röntgen och andra våglängder.
Möjliga förklaringar till CDF-S röntgenkällan, enligt forskarna, är en GRB som inte pekar mot jorden, eller en GRB som ligger bortom den lilla galaxen. En tredje möjlighet är att ett medelstort svart hål krossade en vit dvärgstjärna.
"Ingen av dessa idéer passar data perfekt, " sa medförfattaren Ezequiel Treister, även vid det påvliga katolska universitetet, "men å andra sidan, vi har sällan om någonsin sett några av de föreslagna möjligheterna i faktiska data, så vi förstår dem inte alls. "
Den mystiska röntgenkällan sågs inte under de två och en halv månaders exponeringstid Chandra har observerat CDF-S-regionen, som har spridits ut under de senaste 17 åren. Dessutom, inga liknande händelser har ännu inte hittats i Chandra-observationer av andra delar av himlen.
Röntgen (vänster) och optiska (höger) bilder av den lilla fläcken av himlen runt den utvidgade röntgenkällan, gjord med Chandra X-ray Observatory (CXO) och Hubble Space Telescope (HST), respektive. Positionen för den utvidgade röntgenkällan är i mitten av varje bild, och de små vita markörerna visar också källplatsen. Notera, i den optiska bilden, svagheten i galaxen som var värd för den blossande röntgenkällan - en liten galax cirka 10,7 miljarder ljusår från jorden. Upphovsman:NASA/CXC/F. Bauer et al.
Denna röntgenkälla i CDF-S har olika egenskaper än de ännu oförklarliga variabla röntgenkällorna som upptäcktes i de elliptiska galaxerna NGC 5128 och NGC 4636 av Jimmy Irwin från University of Alabama och medarbetareUniversity of Alabama och kollaboratörer. Särskilt, CDF-S-källan är sannolikt associerad med den fullständiga förstörelsen av en neutronstjärna eller vit dvärg, och är ungefär 100, 000 gånger mer lysande i röntgenstrålar. Den ligger också i en mycket mindre och yngre värdgalax, och detekteras endast under en enda, flera timmars burst.
"Vi kan ha observerat en helt ny typ av katastrofal händelse, "säger medförfattaren Kevin Schawinski, vid ETH Zürich i Schweiz. "Vad det än är, det behövs mycket fler observationer för att räkna ut det vi ser. "
Ytterligare mycket riktade sökningar genom Chandra-arkivet och ESA:s XMM-Newton och NASA:s Swift-satellit kan avslöja fler exempel på denna typ av variabla objekt som hittills har gått obemärkt förbi. Framtida röntgenobservationer av Chandra och andra röntgenobservatorier som den planerade kinesiska Einstein-sonden kan också avslöja samma fenomen från andra föremål.
Om röntgenkällan orsakades av en GRB utlöst av sammanslagning av neutronstjärna med ett svart hål eller en annan neutronstjärna, då skulle också gravitationsvågor ha producerats. . Om en sådan händelse skulle inträffa närmare jorden, det kan vara detekterbart med Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
En djupgående artikel som beskriver detta resultat visas i juninumret 2017 av Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society och finns på nätet.
Den ursprungliga upptäckten rapporterades kort i The Astronomer's Telegram 2014 av Luo, Brandt, och Bauer.
