"Kon" är inte ensam; med hjälp av W. M. Keck Observatory på Maunakea på Hawaii, astronomer har upptäckt ytterligare två liknande den - "Koala" och ett liknande mystiskt ljust föremål som heter CSS161010. Denna trio av snabba blå optiska transienter (FBOT) verkar vara släktingar, alla tillhör en mycket lysande familj som har en meritlista för att överraska astronomer med sin snabba, kraftfulla utbrott av energi.

'Koalan, ' som är ett smeknamn som kommer från slutet av dess officiella namn ZTF18abvkwla, dök plötsligt upp som en ljus ny källa på den optiska himlen innan den försvann inom bara några nätter. Ett team av astronomer vid Caltech insåg att detta beteende liknade "ko" och begärde radioobservationer för att se om de två var sammankopplade.

"När jag minskade data, Jag trodde att jag gjorde ett misstag, sa Anna Ho, doktorand i astronomi vid Caltech och huvudförfattare till studien. "'Koalan' liknade 'ko' men radioutstrålningen var tio gånger ljusare - lika ljus som en gammastrålning!"

Ho och hennes forskargrupps artikel publiceras i dagens nummer av The Astrofysisk tidskrift .

En annan kosmisk explosion av denna typ, CSS161010, fascinerade ett team av astronomer under ledning av Northwestern University. Baserat på radioobservationer, de beräknade detta övergående uppskjutna material i rymden snabbare än 0,55 gånger ljusets hastighet.

"Detta var oväntat, sa Deanne Coppejans, postdoktor vid Northwestern University och huvudförfattare till studien om CSS161010. "Vi känner till energiska stjärnexplosioner som kan skjuta ut material med nästan ljusets hastighet, speciellt gammastrålning, men de skjuter bara upp en liten mängd massa – ungefär en miljondel av solens massa. CSS161010 lanserade 1 till 10 procent av solens massa till relativistiska hastigheter – ett bevis på att detta är en ny klass av transienter!"

Coppejans och hennes teams tidning publiceras i dagens nummer av The Astrofysiska tidskriftsbrev .

Dessa tre konstiga händelser utgör en ny undertyp av FBOTs, som först bländade världen sommaren 2018 när 'Ko, ' förkortning för AT2018cow, exploderade på himlen.

Tre månader senare, Ho's team fångade 'Koalan.' Även om "kon" var den första som skapade världsrubriker, CSS161010 var faktiskt den första FBOT som upptäcktes med ljusradio och röntgenstrålning, men astronomer visste inte hur de skulle tolka dessa fynd ännu.

"Vid den tiden, det fanns egentligen ingen teoretisk modell som förutspådde ljusa radioutsändningar från ljusstarka FBOT:er, ", sa Coppejans. "Det var inte förrän vi genomförde uppföljande radio- och röntgenobservationer som den sanna naturen hos CSS161010 avslöjade sig. Att se det vid dessa våglängder är viktigt eftersom data visade att vi tittade på något nytt och mycket energiskt."

Det som gör dessa lysande FBOTs konstiga är att de ser ut som supernovaexplosioner, men blossar upp och försvinner mycket snabbare. De är också extremt varma, får dem att se blåare ut

i färg än dina standardsupernovor.

Också, medan dessa nya FBOT-explosioner är lika våldsamma som långa gammastrålningskurar (GRB) och kan också starta utflöden med relativistiska hastigheter, deras observationssignaturer är olika genom att de är omgivna av mycket cirkumstellär materia. Och till skillnad från GRBs, "Cow" och CSS161010 innehåller väte.

"Vi ser inte dessa två grundämnen i GRB-supernovaspektra eftersom vi tror att GRB:er kommer från döende stjärnor som "berövades" sina väte- och heliumhöljen innan de kollapsade i ett nytt svart hål, " sa Ho.

Ursprunget till Luminous FBOTS

De två teamen använde Keck Observatorys Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) och DEEP Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) för att karakterisera värdgalaxerna i "Koala" och CSS161010; de fann att båda FBOT kommer från dvärggalaxer med låg massa, precis som "Ko".

"Värdgalaxen för CSS161010 är så liten att endast ett 10-meters teleskop som Keck kan samla tillräckligt med ljus för att tillåta oss att fysiskt modellera emissionen, " sa medförfattaren Giacomo Terreran, postdoktor vid Northwestern Universitys CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research for Astrophysics). "Anmärkningsvärt nog, Keck-data visade värdgalaxerna CSS161010, koalan, ' och 'Ko, ' medan den är liten, bildar aktivt stjärnor, vilket indikerar att deras hemmabas har en mycket liten stjärnmassa som är typisk för dvärggalaxer."

"Detta indikerar troligen dvärggalaxens egenskaper, såsom metallicitet eller bildningshistorik, kan tillåta några mycket sällsynta evolutionära vägar av stjärnor som leder till de mest våldsamma explosioner, sa Coppejans.

Medan båda lagen tillskriver explosioner av massiva stjärnor som den mest sannolika orsaken till dessa nya FBOT, en annan möjlighet som fortfarande övervägs är att de härrör från stjärnor som slukas av svarta hål. Om så är fallet, denna nya klass av FBOT kan vara nyckeln i jakten på medelstora svarta hål, som ännu inte har upptäckts. I allmänhet, ju mer massiv en galax är, desto tyngre dess centrala svarta hål; följer denna trend, det förväntas att dvärggalaxer är kandidater för att hysa svarta hål med mellanmassa.

"En idé är att FBOT:er kan vara blossen av en stjärna som slits isär av ett svart hål med mellanmassa. Om så är fallet, då kan de potentiellt vara ledstjärnor för att hitta dessa svårfångade svarta hål, " sa CSS161010 medförfattare Rafaella Margutti, biträdande professor i fysik och astronomi vid Northwestern University och fakultetsmedlem i Northwesterns CIERA.

Medan ursprunget till denna typ av FBOT fortfarande diskuteras hett, de nya uppgifterna ger ny insikt om hur de kan ha bildats.

"Observationerna visar att de mest lysande FBOT:arna har en "central motor" - en källa som en neutronstjärna eller ett svart hål som driver transienten, " sa Margutti. "Det är ännu inte klart om dessa ljusa FBOTs är sällsynta supernovor, stjärnor som strimlas av svarta hål, eller andra energetiska fenomen. Flervågsobservationer av fler FBOT och deras miljö kommer att svara på denna fråga."

Metod och nästa steg

På grund av deras extremt snabba uppgång till maximalt ljus, dessa sällsynta FBOT är svåra att upptäcka. Men den senaste utvecklingen inom optiska undersökningar med hög kadens som avsöker stora delar av himlen varje natt gör jakten på sällsynta, kortvariga transienter mer genomförbara. Nyckeln till att bestämma deras sanna natur är att utföra uppföljande observationer med flera våglängder.

"Koalan" upptäcktes först med hjälp av Zwicky Transient Facility vid Palomar Observatory. Ho's team använde sedan Hale-teleskopet för att få spektra, följt av Very Large Array (VLA) och Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) för att utföra radioobservationer.

CSS161010 fångades först av Catalina Real-time Transient Survey och upptäcktes oberoende av All-Sky Automated Survey för supernovor. Coppejans och hennes team genomförde sedan uppföljande radioobservationer med VLA och GMRT, och röntgenobservationer med NASA:s Chandra X-ray Observatory.

Radioemissionen produceras av att materialets stötvåg slår in i det omgivande mediet med mer än 0,55 gånger ljusets hastighet, men röntgenstrålningen kan inte förklaras på detta sätt. Teamet spekulerar att de kan direkt se den centrala motorn i röntgenstrålar, som i "Ko."

"En lärdom är att FBOT har visat sig sällsyntare och svårare att hitta än några av oss hoppades, i radiobandet är de också mycket mer lysande än vi hade gissat, så att vi kan tillhandahålla ganska omfattande data även om händelser som är långt borta, sa Daniel Perley, universitetslektor vid Liverpool John Moores Universitys Astrophysics Research Institute och medförfattare till 'Koala'-studien.

"Dessa observationer av 'Koala' och CSS161010 visar hur mycket vi kan lära oss av radio- och röntgenobservationer av FBOT, ", sa Ho. "Utmaningen framöver är att avgränsa olika FBOT-subtyper och att utveckla ett mer exakt ordförråd. Det är spännande att hjälpa till att undersöka ett nytt och oväntat fenomen. I vetenskap, ibland hittar du inte det du förväntade dig att hitta, men längs vägen avslöjar du nya riktningar."