Medan ESA:s satellit INTEGRAL observerade himlen upptäckte den en explosion av gammastrålar – högenergifotoner – som kom från den närliggande galaxen M82. Bara några timmar senare sökte ESA:s XMM-Newton röntgenrymdteleskop efter en efterglöd från explosionen men hittade ingen.
Ett internationellt team, inklusive forskare från universitetet i Genève (UNIGE), insåg att explosionen måste ha varit en extragalaktisk flare från en magnetar, en ung neutronstjärna med ett exceptionellt starkt magnetfält. Upptäckten har publicerats i tidskriften Nature .
Den 15 november 2023 upptäckte ESA:s satellit INTEGRAL en plötslig explosion från ett sällsynt föremål. För bara en tiondels sekund dök en kort skur av energiska gammastrålar upp på himlen. "Satellitdatan togs emot i INTEGRAL Science Data Center (ISDC), baserat på Ecogia-platsen för UNIGE Astronomy Department, varifrån en gammastrålningsvarning skickades ut till astronomer över hela världen, bara 13 sekunder efter upptäckten." förklarar Carlo Ferrigno, senior forskarassistent vid astronomiavdelningen vid UNIGE Faculty of Science, PI vid ISDC och medförfattare till publikationen.
Programvaran IBAS (Integral Burst Alert System) gav en automatisk lokalisering som sammanföll med galaxen M82, 12 miljoner ljusår bort. Detta varningssystem har utvecklats och drivs av forskare och ingenjörer från UNIGE i samarbete med internationella kollegor.
"Vi insåg omedelbart att detta var en speciell varning. Gammastrålningsutbrott kommer från långt borta och var som helst på himlen, men det här utbrottet kom från en ljus närliggande galax", förklarar Sandro Mereghetti från National Institute for Astrophysics (INAF–IASF) ) i Milano, Italien, huvudförfattare till publikationen och bidragsgivare till IBAS.
Teamet bad omedelbart ESA:s rymdteleskop XMM-Newton att utföra en uppföljande observation av explosionens plats så snart som möjligt. Om detta hade varit en kort gammastrålning, orsakad av två kolliderande neutronstjärnor, skulle kollisionen ha skapat gravitationsvågor och ha en efterglöd i röntgenstrålar och synligt ljus.
Men XMM-Newtons observationer visade bara den heta gasen och stjärnorna i galaxen. Med hjälp av markbaserade optiska teleskop, inklusive italienska Telescopio Nazionale Galileo och franska Observatoire de Haute-Provence, letade de också efter en signal i synligt ljus, med början bara några timmar efter explosionen, men hittade återigen ingenting.
Utan signal i röntgenstrålar och synligt ljus, och inga gravitationsvågor uppmätta av detektorer på jorden (LIGO/VIRGO/KAGRA), är den mest säkra förklaringen att signalen kom från en magnetar.
"När stjärnor som är mer massiva än åtta gånger solen dör exploderar de i en supernova som lämnar ett svart hål eller neutronstjärna bakom sig. Neutronstjärnor är mycket kompakta stjärnrester med mer än solens massa packad i en sfär med storleken kantonen Genève De roterar snabbt och har starka magnetfält", förklarar Volodymyr Savchenko, seniorforskare vid avdelningen för astronomi vid UNIGEs naturvetenskapliga fakultet, och medförfattare till publikationen.
Vissa unga neutronstjärnor har extra starka magnetfält, mer än 10 000 gånger så mycket som typiska neutronstjärnor. Dessa kallas magnetarer. De sänder ut energi i bloss, och ibland är dessa bloss gigantiska.
Under de senaste 50 åren av gammastrålningsobservationer har dock endast tre gigantiska flare identifierats som kommer från magnetarer i vår galax. Dessa utbrott är mycket starka:En som upptäcktes i december 2004, kom från 30 000 ljusår från oss men var fortfarande kraftfull nog att påverka de övre lagren av jordens atmosfär, som solutbrotten, som kommer från mycket närmare oss, gör.
Larm som detekteras av INTEGRAL är den första fasta bekräftelsen på en magnetisk flamma utanför Vintergatan. M82 är en ljus galax där stjärnbildning äger rum. I dessa regioner föds massiva stjärnor, lever korta turbulenta liv och lämnar efter sig en neutronstjärna. "Upptäckten av en magnetar i denna region bekräftar att magnetarer sannolikt är unga neutronstjärnor", tillägger Savchenko.
Sökandet efter fler magnetarer kommer att fortsätta i andra extragalaktiska stjärnbildande regioner för att förstå dessa extraordinära astronomiska objekt. Om astronomer kan hitta många fler kan de börja förstå hur ofta dessa utbrott inträffar och hur neutronstjärnor förlorar energi i processen.
Utbrott av så kort varaktighet kan bara fångas slumpmässigt när ett observatorium redan pekar i rätt riktning. Detta gör INTEGRAL med sitt stora synfält, mer än 3 000 gånger större än himmelområdet som täcks av månen, så viktigt för dessa upptäckter.
Ferrigno förklarar, "Vårt automatiska databehandlingssystem är mycket tillförlitligt och gör det möjligt för oss att varna samhället omedelbart." När oväntade observationer som denna upptäcks kan INTEGRAL och XMM-Newton vara flexibla i sina scheman, vilket är väsentligt i tidskrävande upptäckter.
I det här fallet, om observationerna hade utförts ens bara en dag senare, skulle det inte ha funnits så starka bevis för att detta verkligen var en magnetar och inte en gammastrålning.
Mer information: En magnetisk jätteflod i den närliggande starburst-galaxen M82, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07285-4
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av University of Geneva
