Flytta åt sidan, AT2018COW. Det finns en ny astronomisk transient i universum, och det är snabbare, tyngre och ljusare vid radiovåglängder än dess mystiska föregångare.

Efter att astronomer visuellt sett en ljus explosion i en liten galax 500 miljoner ljusår bort från jorden 2016, ett team som leds av Northwestern University har fastställt att anomin är den tredje snabba blå optiska transienten (FBOT) som någonsin fångats i radio- och röntgenvåglängder.

En mycket lysande familj av kosmiska explosioner, FBOTs har en meritlista för att överraska astronomer med sina snabba, energisk, kraftfulla utbrott av energi. Som deras namn antyder, transienter bleknar nästan lika snabbt som de dyker upp. Den kanske mest kända FBOT är AT2018COW ("The Cow") - en sällsynt händelse som verkade vara födelsen av ett svart hål eller en neutronstjärna. Men den nyligen identifierade FBOT, kallas CRTS-CSS161010 J045834-081803 eller CSS161010 för kort, har kraftigt överskuggat kon med de stora hastigheterna och tyngden av dess materialutflöden.

CSS161010, faktiskt, har producerat några av de snabbaste utflödena i naturen, lanserar gas och partiklar med mer än 55 % av ljusets hastighet. Dess häpnadsväckande snabba utflöden är också de tyngsta dokumenterade för sin klass.

"Detta var oväntat, " sa Northwesterns Deanne Coppejans, som är första författare till studien. "Vi känner till energiska explosioner 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 med mer än halva ljusets hastighet - ett bevis på att detta är en ny klass av transienter."

"Vi trodde att vi visste vad som gav de snabbaste utflödena i naturen, " sa Northwesterns Raffaella Margutti, en senior författare av studien. "Vi trodde att det bara fanns två sätt att producera dem - genom att kollapsa en massiv stjärna med en gammastrålning eller två neutronstjärnor som smälter samman. Vi trodde att det var det. Med den här studien, vi inför ett tredje sätt att starta dessa utflöden. Det finns ett nytt odjur där ute, och det kan producera samma energiska fenomen."

Forskningen publicerades idag (26 maj) i The Astrofysiska tidskriftsbrev .

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). Coppejans är postdoktor i CIERA och ingår i Marguttis forskargrupp för transienter.

"Konstiga supernovor"

FBOTs (uttalas F-bot) är en typ av kosmisk explosion som initialt detekteras i den optiska våglängden. Så varma att de lyser blå, FBOT:er når maximal ljusstyrka inom några dagar och bleknar sedan snabbt – mycket snabbare än vanliga supernovor stiger och förfaller. Även om astronomer erkände FBOTs som sin egen klass 2014, de antar att dessa konstiga anomalier har prickat vår natthimla mycket längre.

"Dessa har förmodligen funnits i våra arkiv länge, men vi kände inte igen dem som något annorlunda, ", sa Margutti. "Vi såg fel i andra galaxer som vi inte kunde förklara. Men vi kunde inte få information utanför den optiska våglängden, så vi kunde inte undersöka dem vidare. Vi skulle bara kalla dem "konstiga supernovor."

Marguttis team kombinerar flera observatorier för att få mer insikt om dessa mystiska explosioner. 2016, forskare vid Catalina Real-time Transient Survey och All Sky Automated Supernova Survey (ASAS-SN) upptäckte oberoende av varandra CSS161010 med optiska våglängder. Ett ASAS-SN-team vände sig sedan till Margutti och Coppejans för att ta en närmare titt med hjälp av deras expertis inom röntgen och radiovågor.

Eftersom Northwestern har fjärråtkomst till Keck Observatory, som har de största optiska och infraröda teleskopen i USA, de kunde observera fenomenet direkt. (Northwestern är en av endast fyra institutioner i USA som har sådan tillgång.)

"De optiska våglängderna kan berätta för oss om partiklarna som rör sig långsamt i en explosion. Men "röra sig långsamt" är fortfarande 10, 000 kilometer per sekund, " sa Margutti. "Om du vill se de snabbare partiklarna, då måste man använda röntgen och radiovågor. Sedan kan du sätta ihop dem alla för att se en mer komplett bild."

Även om astrofysikerna drog slutsatsen att CSS161010 definitivt är en FBOT, de kanske aldrig vet att det är sant, underliggande natur. Det blossade helt enkelt upp och bleknade sedan för snabbt. Fortfarande, de har en gissning.

"Vi tror att det är en mycket sällsynt typ av stjärnexplosion, ", sa Coppejans. "Även om det är mindre troligt, CSS161010 kan istället vara en stjärna som äts upp av ett medelstort svart hål."

"Cow och CSS161010 var väldigt olika i hur snabbt de kunde påskynda dessa utflöden, ", sa Margutti. "Men de delar en sak - den här närvaron av ett svart hål eller neutronstjärna inuti. Det är nyckelingrediensen."

CSS161010s konstiga hem

Innan astronomer såg CSS161010, de hade inte lagt märke till den lilla galaxen där den fanns. Den otroligt ljusa FBOT uppmärksammade en dvärggalax nära stjärnbilden Eridanus, som är formad som en flod på det södra himmelska halvklotet. Värdgalaxen innehåller cirka 10 miljoner stjärnor, medan Vintergatan omfattar miljarder. Med fjärråtkomst till Keck-teleskopen på Hawaii, forskarna i Northwestern kunde skymta den lilla galaxen, som inte såg ut som något annat än en liten kladd.

Än så länge, astronomer har bara hittat ljusstarka FBOTs som CSS161010 och Cow i dessa små galaxer, vilket ger en ledtråd till deras natur. Även om Margutti och Coppejans ännu inte helt har utforskat dessa ledtrådar, de spekulerar i att små galaxer kan vara mer benägna att hysa transienter eftersom dessa galaxer innehåller så låga nivåer av metaller. (Astronomer använder ordet "metaller" för att inkludera alla material utom väte och helium.)

Mängden metaller påverkar hur mycket massa stjärnor förlorar under sin livstid i form av stjärnvind. En stjärna utan metaller kan potentiellt behålla mer av sin massa, orsakar en större explosion i slutet av sin livstid.

Giacomo Terraran, en postdoktor vid CIERA, tog Keck-observationerna för att undersöka galaxen och hjälpa till att förstå FBOT i den.

"Varje gång en stjärna dör eller neutronstjärnor smälter samman, de ger metaller tillbaka till miljön, " Terreran sa. "Små galaxer har en liten mängd metaller eftersom inte många stjärnor har dött där. Detta har en inverkan på hur andra stjärnor lever sina liv. Vi tror att det inte är en slump att vi bara hittar dessa mycket sällsynta transienter i dessa små galaxer."

För detta arbete, ett internationellt team av astrofysiker använde Keck Observatorys lågupplösta bildspektrometer och Deep Imaging och Multi-Object Spectrograph, Multiple Mirror Telescope, Chandra X-ray Observatory, Karl J. Jansky Very Large Array och Giant Metrewave Radio Telescope.