La "mucca" non è sola; con l'aiuto dell'Osservatorio W. M. Keck su Maunakea alle Hawaii, gli astronomi ne hanno scoperti altri due simili:il "Koala" e un simile misterioso oggetto luminoso chiamato CSS161010. Questo trio di transienti ottici blu veloci (FBOT) sembrano essere parenti, tutti appartenenti a una famiglia altamente luminosa che ha un track record per sorprendenti astronomi con il loro veloce, potenti esplosioni di energia.

Il 'Koala, ' che è un soprannome derivato dalla coda del suo nome ufficiale ZTF18abvkwla, è apparso improvvisamente come una nuova fonte luminosa nel cielo ottico prima di scomparire nel giro di poche notti. Un team di astronomi del Caltech si è reso conto che questo comportamento era simile alla "mucca" e ha richiesto osservazioni radio per vedere se i due erano collegati.

"Quando ho ridotto i dati, pensavo di aver sbagliato, " ha detto Anna Ho, studente laureato in astronomia al Caltech e autore principale dello studio. "Il 'Koala' somigliava alla 'mucca' ma l'emissione radio era dieci volte più brillante, brillante come un lampo di raggi gamma!"

L'articolo di Ho e del suo team di ricerca è pubblicato nel numero di oggi di The Giornale Astrofisico .

Un'altra esplosione cosmica di questo tipo, CSS161010, affascinato un team di astronomi guidato dalla Northwestern University. Sulla base delle osservazioni radiofoniche, hanno calcolato che questo materiale transitorio lanciato nello spazio più veloce di 0,55 volte la velocità della luce.

"Questo è stato inaspettato, " ha detto Deanne Coppejans, associato post-dottorato presso la Northwestern University e autore principale dello studio su CSS161010. "Sappiamo di esplosioni stellari energetiche che possono espellere materiale quasi alla velocità della luce, in particolare lampi di raggi gamma, ma lanciano solo una piccola quantità di massa, circa 1 milionesimo della massa del Sole. CSS161010 ha lanciato dall'1 al 10 percento della massa del Sole a velocità relativistiche:prova che questa è una nuova classe di transitori!"

L'articolo di Coppejans e del suo team è pubblicato nel numero di oggi di The Lettere per riviste astrofisiche .

Questi tre strani eventi costituiscono un nuovo sottotipo di FBOT, che ha abbagliato il mondo per la prima volta nell'estate del 2018 quando la "mucca, ' abbreviazione di AT2018cow, esploso nel cielo.

Tre mesi dopo, La squadra di Ho ha catturato il "Koala". Sebbene la "mucca" sia stata la prima a fare notizia nel mondo, CSS161010 è stato in realtà il primo FBOT scoperto con radio luminosa ed emissione di raggi X, ma gli astronomi non sapevano ancora come interpretare questi risultati.

"A quel tempo, non esisteva davvero un modello teorico che prevedesse l'emissione radio luminosa da FBOT luminosi, " ha detto Coppejans. "Non è stato fino a quando non abbiamo condotto osservazioni radio e raggi X di follow-up che la vera natura di CSS161010 si è rivelata. Vederlo a queste lunghezze d'onda è importante perché i dati hanno mostrato che stavamo guardando qualcosa di nuovo e altamente energetico".

Ciò che rende strani questi FBOT luminosi è che sembrano esplosioni di supernova, ma divampano e svaniscono molto più velocemente. Sono anche estremamente caldi, facendoli sembrare più blu

a colori rispetto alle supernove standard.

Anche, mentre queste nuove esplosioni di FBOT sono violente quanto i lunghi lampi di raggi gamma (GRB) e possono anche lanciare deflussi a velocità relativistiche, le loro firme osservative sono diverse in quanto sono circondate da molta materia circumstellare. E a differenza dei GRB, la "mucca" e il CSS161010 contengono idrogeno.

"Non vediamo questi due elementi negli spettri GRB-supernova perché pensiamo che i GRB provengano da stelle morenti che sono state "spogliate" dei loro involucri di idrogeno ed elio prima di collassare in un nuovo buco nero, " ha detto Ho.

Origine dei FBOTS luminosi

I due team hanno utilizzato lo spettrometro di imaging a bassa risoluzione (LRIS) e il DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) del Keck Observatory per caratterizzare le galassie ospiti del 'Koala' e del CSS161010; hanno scoperto che entrambi gli FBOT provengono da galassie nane di piccola massa, proprio come la "mucca".

"La galassia ospite di CSS161010 è così piccola che solo un telescopio di 10 metri come Keck può raccogliere abbastanza luce per permetterci di modellare fisicamente l'emissione, " ha detto il co-autore Giacomo Terreran, associato post-dottorato presso il CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research for Astrophysics) della Northwestern University. "Sorprendentemente, i dati di Keck hanno mostrato le galassie ospiti di CSS161010, il 'Koala, ' e la 'Vacca, ' mentre piccolo, stanno attivamente formando stelle, indicando che la loro base ha una massa stellare molto piccola tipica delle galassie nane."

"Questo probabilmente indica le proprietà della galassia nana, come la metallicità o la storia della formazione, potrebbe consentire alcuni rarissimi percorsi evolutivi delle stelle che portano alle esplosioni più violente, ", ha detto Coppejans.

Mentre entrambe le squadre attribuiscono le esplosioni di stelle massicce come la causa più probabile di questi nuovi FBOT, un'altra possibilità ancora in esame è che provengano da stelle divorate dai buchi neri. Se è così, questa nuova classe di FBOT potrebbe essere fondamentale nella caccia ai buchi neri di medie dimensioni, che devono ancora essere rilevati. Generalmente, più una galassia è massiccia, più pesante è il suo buco nero centrale; seguendo questa tendenza, si prevede che le galassie nane siano candidate ad ospitare buchi neri di massa intermedia.

"Un'idea è che gli FBOT potrebbero essere il bagliore di una stella che viene fatta a pezzi da un buco nero di massa intermedia. Se questo è il caso, quindi potrebbero potenzialmente essere dei fari per aiutare a trovare questi sfuggenti buchi neri, " ha detto la co-autrice di CSS161010 Rafaella Margutti, assistente professore di fisica e astronomia alla Northwestern University e membro di facoltà del CIERA della Northwestern.

Mentre l'origine di questo tipo di FBOT è ancora oggetto di accesi dibattiti, i nuovi dati forniscono nuove informazioni su come potrebbero essersi formati.

"Le osservazioni dimostrano che gli FBOT più luminosi hanno un 'motore centrale', una sorgente come una stella di neutroni o un buco nero che alimenta il transitorio, " ha detto Margutti. "Non è ancora chiaro se questi FBOT luminosi siano supernovae rare, stelle distrutte dai buchi neri, o altri fenomeni energetici. Le osservazioni a più lunghezze d'onda di più FBOT e del loro ambiente risponderanno a questa domanda".

Metodologia e passi successivi

A causa del loro aumento estremamente rapido alla massima luce, questi rari FBOT sono difficili da rilevare. Ma i recenti sviluppi nei rilievi ottici ad alta cadenza che scansionano vaste aree del cielo ogni notte rendono la caccia a rari, transitori di breve durata più fattibili. La chiave per determinare la loro vera natura è condurre osservazioni di follow-up a più lunghezze d'onda.

Il "Koala" è stato rilevato per la prima volta utilizzando la Zwicky Transient Facility presso l'Osservatorio di Palomar. Il team di Ho ha quindi utilizzato il telescopio Hale per ottenere spettri, seguito dal Very Large Array (VLA) e dal Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) per condurre osservazioni radio.

CSS161010 è stato catturato per la prima volta dal Catalina Real-time Transient Survey e scoperto in modo indipendente dall'All-Sky Automated Survey for Supernovae. Coppejans e il suo team hanno quindi condotto osservazioni radio di follow-up con VLA e GMRT, e osservazioni a raggi X con l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

L'emissione radio è prodotta dall'onda d'urto del materiale che colpisce il mezzo circostante a più di 0,55 volte la velocità della luce, ma l'emissione di raggi X non può essere spiegata in questo modo. Il team ipotizza che potrebbero vedere direttamente il motore centrale ai raggi X, come nella "mucca".

"Una lezione imparata è che mentre gli FBOT si sono dimostrati più rari e difficili da trovare di quanto alcuni di noi sperassero, nella banda radio sono anche molto più luminosi di quanto avessimo immaginato, permettendoci di fornire dati abbastanza completi anche su eventi lontani, " ha detto Daniel Perley, docente presso l'Astrophysics Research Institute della Liverpool John Moores University e coautore dello studio "Koala".

"Queste osservazioni del 'Koala' e del CSS161010 mostrano quanto possiamo imparare dalle osservazioni radio e a raggi X degli FBOT, " ha detto Ho. "La sfida per il futuro è delineare diversi sottotipi di FBOT e sviluppare un vocabolario più preciso. È emozionante aiutare a indagare su un fenomeno nuovo e inaspettato. Nella scienza, a volte non trovi quello che ti aspettavi di trovare, ma lungo la strada scopri nuove direzioni."