ESA:s högenergirymdteleskop Integral och XMM-Newton har hjälpt till att hitta en källa till kraftfulla röntgenstrålar i mitten av en aldrig tidigare skådad ljusstark och snabbt utvecklande stjärnexplosion som plötsligt dök upp på himlen tidigare i år.

ATLAS-teleskopet på Hawaii upptäckte fenomenet först, sedan dess heter AT2018cow, den 16 juni. Strax efter det, astronomer över hela världen riktade många rymd- och markbaserade teleskop mot det nyfunna himlaobjektet, belägen i en galax cirka 200 miljoner ljusår bort.

De insåg snart att detta var något helt nytt. På bara två dagar överskred objektet ljusstyrkan för någon tidigare observerad supernova - en kraftfull explosion av en åldrande massiv stjärna som driver ut det mesta av sitt material i det omgivande rymden, sopar upp det interstellära stoftet och gaserna i dess närhet.

Ett nytt papper, godkänd för publicering i Astrofysisk tidskrift , presenterar observationerna från de första 100 dagarna av objektets existens, täcker hela det elektromagnetiska spektrumet av explosionen från radiovågor till gammastrålar.

Analysen, som inkluderar observationer från ESA:s Integral och XMM-Newton, såväl som NASAs rymdteleskop NuSTAR och Swift, hittade en källa till högenergiröntgenstrålar som satt djupt inne i explosionen.

Beteendet hos denna källa, eller motor, som framgår av uppgifterna, antyder att det märkliga fenomenet antingen kan vara ett begynnande svart hål eller neutronstjärna med ett kraftfullt magnetfält, suger in det omgivande materialet.

"Den mest spännande tolkningen är att vi för första gången kanske har sett födelsen av ett svart hål eller en neutronstjärna, " säger Raffaella Margutti från Northwestern University, USA, huvudförfattare till tidningen.

"Vi vet att svarta hål och neutronstjärnor bildas när stjärnor kollapsar och exploderar som en supernova, men aldrig tidigare har vi sett en precis vid födseln, ", tillägger medförfattaren Indrek Vurm från Tartu Observatory, Estland, som arbetade med att modellera observationerna.

AT2018ko-explosionen var inte bara 10 till 100 gånger ljusare än någon annan supernova som tidigare observerats:den nådde också toppljusstyrkan mycket snabbare än någon annan tidigare känd händelse – på bara några dagar jämfört med de vanliga två veckorna.

Integral gjorde sina första observationer av fenomenet cirka fem dagar efter att det hade rapporterats och fortsatte att övervaka det i 17 dagar. Dess data visade sig vara avgörande för förståelsen av det konstiga föremålet.

"Integral täcker ett våglängdsområde som inte täcks av någon annan satellit, säger Erik Kuulkers, Integralprojektforskare vid ESA. "Vi har en viss överlappning med NuSTAR i högenergiröntgendelen av spektrumet men vi kan se högre energier, för."

Så medan data från NuSTAR avslöjade det hårda röntgenspektrumet i detalj, med Integral kunde astronomerna se spektrumet av källan helt, inklusive dess övre gräns vid mjuka gammastrålningsenergier.

"Vi såg en sorts bula med en skarp avskärning i spektrumet vid högenergiändan, säger Volodymyr Savchenko, en astronom vid universitetet i Genève, Schweiz, som arbetade med integraldata. "Denna bula är en ytterligare komponent av strålningen som släpps ut av denna explosion, lyser genom en ogenomskinlig, eller optiskt tjock, medium."

"Denna högenergistrålning kom troligen från ett område med mycket het och tät plasma som omger källan, " tillägger Carlo Ferrigno, även vid universitetet i Genève.

Eftersom Integral fortsatte att övervaka AT2018ko-explosionen under en längre tidsperiod, dess data kunde också visa att högenergiröntgensignalen gradvis bleknade.

Raffaella förklarar att denna högenergi-röntgenstrålning som försvann var den så kallade upparbetade strålningen – strålning från källan som interagerar med material som utstötts av explosionen. När materialet förs bort från explosionens centrum, signalen avtar gradvis och försvinner så småningom helt.

I denna signal, dock, astronomerna kunde hitta mönster som är typiska för ett objekt som drar in materia från sin omgivning – antingen ett svart hål eller en neutronstjärna.

"Detta är det mest ovanliga som vi har observerat i AT2018cow och det är definitivt något utan motstycke i världen av explosiva övergående astronomiska händelser, säger Raffaella.

Under tiden, XMM-Newton tittade på denna ovanliga explosion två gånger under de första 100 dagarna av dess existens. Den upptäckte den lägre energidelen av sin röntgenstrålning, som, enligt astronomerna, kommer direkt från motorn i kärnan av explosionen. Till skillnad från högenergiröntgenstrålar som kommer från omgivande plasma, röntgenstrålarna med lägre energi från källan är fortfarande synliga.

Astronomerna planerar att använda XMM-Newton för att utföra en uppföljande observation i framtiden, vilket gör att de kan förstå källans beteende under en längre tidsperiod mer i detalj.

"Vi fortsätter att analysera XMM-Newton-data för att försöka förstå källans natur, " säger medförfattaren Giulia Migliori vid universitetet i Bologna, Italien, som arbetade med röntgendata. "Ackreterande svarta hål lämnar karakteristiska avtryck i röntgenstrålar, som vi kanske kan upptäcka i vår data."

"Den här händelsen var helt oväntad och den visar att det finns mycket som vi inte helt förstår, säger Norbert Schartel, ESA:s XMM-Newton-projektforskare. "En satellit, enbart ett instrument, skulle aldrig kunna förstå ett så komplext objekt. De detaljerade insikter vi kunde samla in i den mystiska AT2018ko-explosionens inre funktion var endast möjliga tack vare det breda samarbetet och kombinationen av många teleskop."