Animation montrant la variabilité de la source de rayons X de torchage découverte. L'intensité de la source a augmenté plus de 1000 fois, puis a diminué jusqu'à l'invisibilité sur une période de quelques heures. Crédit :NASA/CXC/F. Bauer et al.
Un mystérieux flash de rayons X a été découvert par l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA dans l'image radiographique la plus profonde jamais obtenue. Cette source provient probablement d'une sorte d'événement destructeur, mais il peut s'agir d'une variété que les scientifiques n'ont jamais vue auparavant.
La source de rayons X a été découverte en octobre 2014 par Bin Luo, un chercheur postdoctoral de Penn State; Niel Brandt, le professeur Verne M. Willaman d'astronomie et d'astrophysique et professeur de physique à Penn State; et Franz Bauer, professeur agrégé d'astrophysique à l'Université pontificale catholique du Chili à Santiago, Chili. Luo a depuis quitté le groupe de Brandt pour devenir professeur d'astronomie et de sciences spatiales à l'Université de Nanjing en Chine, et Bauer avait été chercheur postdoctoral dans le groupe de Brandt de 2000 à 2003. Les données ont été recueillies à l'aide du spectromètre d'imagerie CCD avancé sur Chandra, un instrument conçu et conçu par une équipe dirigée par Penn State Evan Pugh, professeur émérite d'astronomie et d'astrophysique Gordon Garmire.
"Cette source de torchage était un merveilleux bonus surprise que nous avons accidentellement découvert dans nos efforts pour explorer le domaine mal compris de l'univers ultra-faible des rayons X, " a déclaré Brandt. " Nous avons vraiment eu de la chance avec cette découverte et avons maintenant un nouveau phénomène transitoire passionnant à explorer dans les années à venir. "
Situé dans une région du ciel connue sous le nom de Chandra Deep Field-South (CDF-S), la source de rayons X a des propriétés remarquables. Avant octobre 2014, cette source n'a pas été détectée aux rayons X, mais ensuite il a éclaté et est devenu au moins un facteur de 1, 000 plus lumineux en quelques heures. Au bout d'une journée environ, la source s'était complètement estompée en dessous de la sensibilité de Chandra.
Des milliers d'heures de données héritées des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer ont permis de déterminer que l'événement provenait d'un faible, petite galaxie à environ 10,7 milliards d'années-lumière de la Terre. Pour quelques minutes, la source de rayons X produisait mille fois plus d'énergie que toutes les étoiles de cette galaxie.
Image radiographique du Chandra Deep Field-South, la région du ciel où la source de rayons X en torchage a été découverte. C'est l'image radiographique la plus profonde jamais créée, réalisé avec environ 7 millions de secondes de temps d'observation avec l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA. L'emplacement de la source de torchage, nommé 'CDF-S XT1, ' est marqué par la flèche blanche. La série de petites images en bas montre la variabilité de la source de rayons X évasée au fil du temps (le temps augmentant de gauche à droite, sur une période de quelques heures). Crédit :NASA/CXC/F. Bauer et al.
« Depuis la découverte de cette source, nous avons eu du mal à comprendre son origine, " a déclaré Bauer. "C'est comme si nous avions un puzzle mais nous n'avons pas toutes les pièces."
Deux des trois principales possibilités d'expliquer la source de rayons X invoquent des événements de sursaut gamma (GRB). Les GRB sont des explosions projetées déclenchées soit par l'effondrement d'une étoile massive, soit par la fusion d'une étoile à neutrons avec une autre étoile à neutrons ou un trou noir. Si le jet pointe vers la Terre, une salve de rayons gamma est détectée. Au fur et à mesure que le jet se dilate, il perd de l'énergie et produit plus faiblement, rayonnement plus isotrope aux rayons X et à d'autres longueurs d'onde.
Explications possibles pour la source de rayons X CDF-S, selon les chercheurs, sont un GRB qui n'est pas pointé vers la Terre, ou un GRB qui se trouve au-delà de la petite galaxie. Une troisième possibilité est qu'un trou noir de taille moyenne ait déchiqueté une étoile naine blanche.
"Aucune de ces idées ne correspond parfaitement aux données, " a déclaré le co-auteur Ezequiel Treister, également de l'Université pontificale catholique, "mais encore une fois, nous avons rarement, voire jamais vu les possibilités proposées dans les données réelles, donc nous ne les comprenons pas bien du tout."
La mystérieuse source de rayons X n'a pas été vue pendant les deux mois et demi de temps d'exposition que Chandra a observé dans la région CDF-S, qui s'est étalé sur les 17 dernières années. De plus, aucun événement similaire n'a encore été trouvé dans les observations de Chandra d'autres parties du ciel.
Images radiographiques (à gauche) et optiques (à droite) de la petite parcelle de ciel autour de la source de rayons X en torchère, réalisé avec l'observatoire à rayons X Chandra (CXO) et le télescope spatial Hubble (HST), respectivement. La position de la source de rayons X évasée est au centre de chaque image, et les petites barres de marqueur blanches indiquent également l'emplacement de la source. Noter, dans l'image optique, la faiblesse de la galaxie qui abritait la source de rayons X évasée - une petite galaxie à environ 10,7 milliards d'années-lumière de la Terre. Crédit :NASA/CXC/F. Bauer et al.
Cette source de rayons X dans le CDF-S a des propriétés différentes des sources de rayons X variables encore inexpliquées découvertes dans les galaxies elliptiques NGC 5128 et NGC 4636 par Jimmy Irwin de l'Université d'Alabama et ses collaborateurs. L'Université d'Alabama et ses collaborateurs. En particulier, la source CDF-S est vraisemblablement associée à la destruction complète d'une étoile à neutrons ou d'une naine blanche, et est d'environ 100, 000 fois plus lumineux en rayons X. Il est également situé dans une galaxie hôte beaucoup plus petite et plus jeune, et n'est détecté que lors d'une seule, rafale de plusieurs heures.
"Nous avons peut-être observé un tout nouveau type d'événement cataclysmique, " a déclaré le co-auteur Kevin Schawinski, de l'ETH Zurich en Suisse. "Peu importe ce que c'est, beaucoup plus d'observations sont nécessaires pour comprendre ce que nous voyons."
Des recherches supplémentaires très ciblées dans les archives Chandra et celles du XMM-Newton de l'ESA et du satellite Swift de la NASA pourraient révéler d'autres exemples de ce type d'objet variable qui étaient jusqu'à présent passés inaperçus. Les futures observations aux rayons X par Chandra et d'autres observatoires à rayons X tels que la future sonde chinoise Einstein pourraient également révéler le même phénomène à partir d'autres objets.
Si la source de rayons X a été causée par un GRB déclenché par la fusion d'une étoile à neutrons avec un trou noir ou une autre étoile à neutrons, alors des ondes gravitationnelles auraient également été produites. . Si un tel événement devait se produire plus près de la Terre, il peut être détectable avec le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
Un article détaillé décrivant ce résultat paraît dans le numéro de juin 2017 de Avis mensuels de la Royal Astronomical Society et est disponible en ligne.
La découverte originale a été brièvement rapportée dans The Astronomer's Telegram en 2014 par Luo, Brandt, et Bauer.
