Ett internationellt team som leds av Northwestern University närmar sig förståelsen av det mystiskt ljusa föremålet som sprack på den norra himlen i somras.

Den 17 juni, ATLAS-undersökningens tvillingteleskop på Hawaii fann en spektakulärt ljus anomali 200 miljoner ljusår bort i Hercules-stjärnbilden. Dubbad AT2018ko eller "The Cow, "föremålet blossade snabbt upp, sedan försvann nästan lika snabbt.

Efter att ha kombinerat flera bildkällor, inklusive hårda röntgenstrålar och radiovågor, det multiinstitutionella teamet spekulerar nu att teleskopen fångade det exakta ögonblicket då en stjärna kollapsade för att bilda ett kompakt objekt, som ett svart hål eller neutronstjärna. Stjärnskräpet, närmar sig och virvlar runt objektets händelsehorisont, orsakade den anmärkningsvärt ljusa glöden.

Denna sällsynta händelse kommer att hjälpa astronomer att bättre förstå fysiken på spel under de första ögonblicken av skapandet av ett svart hål eller neutronstjärna. "Vi tror att "kon" är bildandet av ett anhopande svart hål eller neutronstjärna, " sa Northwesterns Raffaella Margutti, som ledde forskningen. "Vi vet från teorin att svarta hål och neutronstjärnor bildas när en stjärna dör, men vi har aldrig sett dem direkt efter att de har fötts. Aldrig."

Margutti kommer att presentera sina resultat vid det 233:e mötet i American Astronomical Society den 10 januari i Seattle. Forskningen kommer sedan att publiceras i Astrofysisk tidskrift .

Margutti är biträdande professor i fysik och astronomi vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences och medlem av CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics), ett begåvat forskningscenter vid Northwestern fokuserat på att främja astrofysikstudier med tonvikt på tvärvetenskapliga kopplingar.

Den nyfikna kon

Efter att den först upptäcktes, Cow fångade omedelbart internationellt intresse och fick astronomer att klia sig i huvudet. "Vi trodde att det måste vara en supernova, "Sa Margutti. "Men det vi observerade utmanade våra nuvarande föreställningar om stjärndöd."

För en, anomin var onaturligt ljus — 10 till 100 gånger ljusare än en typisk supernova. Det flammade också upp och försvann mycket snabbare än andra kända stjärnexplosioner, med partiklar som flyger vid 30, 000 kilometer per sekund (eller 10 procent av ljusets hastighet). Inom bara 16 dagar, föremålet hade redan avgett det mesta av sin kraft. I ett universum där vissa fenomen varar i miljoner och miljarder år, två veckor motsvarar en ögonblick.

"Vi visste direkt att den här källan gick från inaktiv till maximal ljusstyrka inom bara några dagar, ", sa Margutti. "Det var tillräckligt för att få alla upphetsade eftersom det var så ovanligt och, med astronomiska mått mätt, det var väldigt nära."

Använder Northwesterns tillgång till observationsanläggningar vid W.M. Keck Observatory på Hawaii och MMT Observatory i Arizona, samt fjärråtkomst till SoAR-teleskopet i Chile, Margutti tittade närmare på föremålets makeup. Margutti och hennes team undersökte The Cows kemiska sammansättning, hitta tydliga bevis på väte och helium, som uteslöt modeller av kompakta föremål som smälter samman – som de som producerar gravitationsvågor.

Omfattande strategi

Astronomer har traditionellt studerat stjärndöd i den optiska våglängden, som använder teleskop för att fånga synligt ljus. Marguttis team, å andra sidan, använder ett mer omfattande tillvägagångssätt. Hennes team tittade på föremålet med röntgenstrålar, hårda röntgenstrålar (som är 10 gånger kraftfullare än normala röntgenstrålar), radiovågor och gammastrålar. Detta gjorde det möjligt för dem att fortsätta studera anomin långt efter att dess initiala synliga ljusstyrka bleknat.

Efter att ATLAS upptäckt föremålet, Marguttis team fick snabbt uppföljningsobservationer av The Cow med NASA:s Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) och INTEGRAL hårdröntgenlaboratorier, mjuka röntgenstrålar vid XMM-Newton och radioantenner vid Very Large Array mot The Cow.

Margutti tillskriver kons relativa nakenhet att potentiellt reda ut detta intergalaktiska mysterium. Även om stjärnor kan kollapsa till svarta hål hela tiden, den stora mängden material runt nyfödda svarta hål blockerar astronomernas syn. Lyckligtvis, cirka 10 gånger mindre ejecta virvlade runt The Cow jämfört med en typisk stjärnexplosion. Bristen på material gjorde det möjligt för astronomer att titta rakt igenom till objektets "centrala motor, " som visade sig som ett troligt svart hål eller neutronstjärna.

"En "glödlampa" satt djupt inuti explosionens utkast, ", sa Margutti. "Det skulle ha varit svårt att se detta i en normal stjärnexplosion. Men Cow hade väldigt lite utmatningsmassa, vilket gjorde det möjligt för oss att se den centrala motorns strålning direkt."

Galaktisk granne

Marguttis team gynnades också av stjärnans relativa närhet till jorden. Även om den låg inbäddad i den avlägsna dvärggalaxen CGCG 137-068, astronomer anser att det är "rätt runt hörnet."

"Tvåhundra miljoner ljusår är nära för oss, förresten, ", sa Margutti. "Detta är det närmaste övergående föremål av det här slaget som vi någonsin har hittat."

Marguttis team på Northwestern inkluderar doktoranden Aprajita Hajela, postdoktorer Giacomo Terreran, Deanne Coppejans och Kate Alexander (som är Hubble-stipendiat), och förstaårsstudenten Daniel Brethauer.

"Att få möjligheten att bidra till något så banbrytande och internationellt som att förstå AT2018cow som en undergrad är en overklig upplevelse, ", sa Brethauer. "Att ha hjälpt världens experter att ta reda på vad AT2018cow är ens på det minsta sätt var över mina vildaste förväntningar i början av sommaren och något som jag kommer att minnas för resten av mitt liv."