En kosmisk fyr som sände exakta pulser – och sedan försvann

En ny och gåtfull källa till radiovågor uppträdde som en fyr i rymden – signalen återkom var 36:e minut, för att sedan försvinna fullständigt. Astronomer världen över försöker nu förstå om det rör sig om en ovanlig död stjärna, eller om något vi ännu inte har ett namn för.

ASKAP J1424 fångade astrofysikernas uppmärksamhet med sitt märkliga beteende. Denna mystiska radiokälla sände ut stabila signaler i ungefär åtta dagar, varefter den plötsligt tystnade. Forskare vid det australiska radioteleskopet ASKAP registrerade en serie pulser som uppträdde i exakt 2 147 sekunders intervaller.

Liknande fenomen pekar på en ny kategori av kosmiska objekt som plötsligt flammar upp för att sedan försvinna igen. Radioteleskop som är inställda för långsiktig övervakning av himlen avslöjar alltfler sådana flyktiga källor. För astronomer utgör de värdefullt material för att förstå extrema fysiska förhållanden i universum.

Objektet som blinkade som ett urverk – och sedan stannade

ASKAP J1424 är beteckningen för en radiokälla upptäckt med radioteleskopet Australian SKA Pathfinder i Australien. Under en observationskampanj över flera veckor registrerade instrumentet en serie pulser som uppträdde var 2 147:e sekund, alltså cirka var 36:e minut. I ungefär åtta dagar betedde sig ASKAP J1424 som en mönstergill kosmisk sekundvisare – pulserna var stabila, repeterbara och nästan identiska.

Sedan hände något helt oväntat. Signalen slocknade från ett ögonblick till ett annat. Den försvagades inte gradvis och ändrade inte rytm – den upphörde helt enkelt att komma. Sedan dess väntar radioteleskopen i tystnad på att den mystiska källan åter ska mäla sig. Ett sådant beteende är en stor utmaning för astrofysiker.

Från fysisk synpunkt passar en sådan profil bäst till en snabbt roterande, mycket tät kropp – till exempel en neutronstjärna eller en vit dvärg. Normalt fungerar sådana ”kosmiska klockor” i åratal. Här har vi att göra med en paradox: stabil emission kombinerad med en mycket kort aktivitetsperiod. Denna kombination av egenskaper är svår att förklara med ett enda scenario.

En ny klass av kosmiska radiokällor

Under de senaste åren har astronomer beskrivit en grupp objekt kallade transienter med lång period. Forskare tror att sådana fenomen kan bero på olika typer av kompakta stjärnor med extrema egenskaper. Forskare från universitet över hela världen samlar in data som kan hjälpa till att klassificera dessa objekt.

Enligt experter kan de observerade signalerna bero på:

Neutronstjärnor med extremt starka magnetfält, så kallade magnetarer
Mycket täta vita dvärgar med intensivt magnetfält
Sällsynta dubbelstjärnesystem där två kompakta kroppar interagerar kraftigt
Kombinerade system av rotation och omlopp som skapar en specifik geometri
Okända typer av kompakta objekt med ännu obeskrivna egenskaper
Övergångsfaser i stjärnornas utveckling under extrema förhållanden

ASKAP J1424 passar perfekt in i denna grupp vad gäller periodlängden, men dess särskilda karaktäristika låter sig inte lätt inpassas i befintliga modeller. Forskare säger det rakt ut: det är ytterligare en bit i ett pussel där många fragment saknas. Institutet för Radioastronomi i Sydney koordinerar den internationella insatsen för att förstå detta fenomen.

En fullt polariserad signal avslöjar extrema förhållanden

Analysen av data visade att radioemissionen från ASKAP J1424 är fullständigt polariserad. I praktiken betyder det att radiovågorna har en ordnad svängning – deras ”riktning” är inte slumpmässig. Astronomer observerar också övergångar mellan elliptisk och linjär polarisering. En sådan signatur ses endast i omgivningar med ett mycket ordnat och starkt magnetfält.

Detta fenomen uppträder nära kompakta objekt, där materia och strålning ”dansar” i takt med magnetfältlinjerna. Med andra ord är ASKAP J1424 knappast en vanlig stjärna eller en klassisk radiokälla. Signalen pekar på extrema fysiska förhållanden och en specialiserad emissionsmekanism.

Detta stärkte antagandet om att det rör sig om en död stjärna eller ett system bestående av två mycket täta stjärnor. Signalets regelbundenhet imponerar även på erfarna radioastronomer. Varje puls har liknande form, ljusstyrka och varaktighet. Ingenting tyder på att objektet instabilt håller på att ”dö ut”.

Så spårar ASKAP försvinnande källor på himlen

Radioteleskopet ASKAP tillhör den australiska vetenskapsorganisationen CSIRO. Det byggdes bland annat för att snabbt och frekvent skanna stora himmelsområden. Detta är en helt annan strategi än traditionella radioteleskop som ”stirrar” länge på ett litet fragment. Inom programmet EMU granskar astronomer regelbundet himlen och letar efter kortvariga signaler.

ASKAP registrerar hela serier av radiobilder med korta tidsintervaller. Därmed kan man upptäcka källor som endast uppträder under några få dagar eller timmar. ASKAP J1424 är ett typiskt ”fångstresultat” av denna strategi – utan ett tätt observationsnätverk skulle den ha gått obemärkt förbi. Den australiska interferometern ATCA möjliggjorde en mer precis undersökning av radioemissionens form och polarisering.

Teleskopet Gemini observerade detta himmelsområde i det infraröda spektrumet på jakt efter en stjärnmotsvarighet till ASKAP J1424. Inget av dessa försök frambragte en tydlig, lättolkad ”fläck” i andra spektralband. Frånvaron av en optisk och infraröd signal har blivit ett av de största mysterierna i hela denna historia och försvårar i hög grad identifikationen av objektet.

Kan två vita dvärgar vara förklaringen?

Det mest väsentliga förslaget från forskarteamet förutsätter att ASKAP J1424 är ett system bestående av två vita dvärgar. Det är täta, utbrända stjärnrelikter – ofta på storleken av jorden, men med en massa motsvarande solens. Om två sådana kroppar kretsar tätt kring varandra kan deras magnetfält skapa en komplex struktur. I denna modell skulle perioden på 36 minuter kunna motsvara rotationsperioden för en av komponenterna eller den orbitala tiden för paret av vita dvärgar.

Detta tillvägagångssätt gör det möjligt att förklara tre centrala egenskaper: regelbundenheten, den långa tidsskalan och den höga polariseringsgraden. Frågan kvarstår dock: varför finns det varken i synligt eller infrarött ljus något som liknar ett system av två täta stjärnor? Dubbelstjärnor av vita dvärgar är kända och låter sig normalt registreras i andra band än radio.

I detta fall visade optiska och infraröda teleskop ingenting karaktäristiskt på den plats varifrån radiosignalen kom. Om två täta stjärnor faktiskt kretsar kring varandra i detta område är de antingen extremt svaga optiskt, eller så döljer något effektivt deras närvaro. Dessa svårigheter gör scenariot med två vita dvärgar attraktivt, men fortfarande osäkert.

Forskare understryker att ytterligare data är nödvändiga – särskilt långsiktig radiolyssning och djupare observationer i andra strålningsband. Universitetet i Melbourne koordinerar det internationella samarbetet om att inhämta dessa avgörande uppgifter. Utan signalets återkomst är det svårt att avgöra vilken bild som ligger närmast sanningen.

Den svåraste frågan – vad släckte emissionen?

Sett från teorin om kompakta stjärnor är den plötsliga släckningen av signalen den mest oroande aspekten. Två övergripande tolkningar arbetar forskarteam för närvarande med. Antingen har ASKAP J1424 naturliga aktivitetscykler – perioder med kraftig radioutsändning avbrutna av långa tystadsperioder. Eller så drivs emissionen av tillströmning av materia från ett grannubjekt eller omgivningen, och denna tillströmning upphörde abrupt.

I den första varianten skulle objektet påminna om en ”blinkande” magnetar som endast aktiverar starka radiostrålar i begränsade tidsintervaller. I den andra varianten skulle det mer likna en maskin som får slut på bränsle: när flödet av materia försvagades eller försvann släcktes även radion. Därför läggs stor vikt vid långsiktig övervakning av detta himmelsstycke.

Historien om ASKAP J1424 visar i vilken hög grad astronomernas syn på himlen håller på att förändras. I årtionden koncentrerade sig forskare främst på stabila stjärnor, galaxer och klassiska supernovor. Nu växer medvetenheten om att det händer enormt mycket på en skala av minuter och timmar – det kräver bara rätt instrument för att upptäcka det. Transienter med lång period kan visa sig utgöra en hel tämligen talrik population av objekt.

Vad ASKAP J1424 berättar för oss om den dynamiska himlen

Om ASKAP och liknande instrument börjar registrera dessa källor regelbundet kommer astrofysiker att få en helt ny uppsättning ”prover” för att studera processer kopplade till extrema magnetfält och tät materia. Denna typ av källor är också ett viktigt test för teorier som beskriver stjärnornas utveckling. Forskare måste verifiera om befintliga modeller överhuvudtaget tillåter existensen av objekt med mycket starka magnetfält.

Sådana kroppar sänder ut regelbundna, ordnade radiopulser, fungerar endast i några få dagar och tystnar därefter fullständigt. Dessutom avslöjar de sig nästan inte i andra spektralband. Om nuvarande teorier inte kan beskriva sådana parametrar kommer fysiker att behöva utvidga dem eller till och med föreslå en ny klass av kompakta objekt.

Även om ASKAP J1424 verkar långt från vardagens angelägenheter påverkar sådana fenomen faktiskt vår förståelse av det universum vi lever i. Studiet av neutronstjärnor och vita dvärgar gör det möjligt att pröva fysikens lagar under förhållanden som inte kan återskapas i jordiska laboratorier – vid densiteter och magnetfält miljoner gånger större än allt vi känner från jordens omgivningar. Ju mer vi vet om denna typ av extrema objekt, desto bättre kan vi förutspå materians beteende i yttersta situationer: från planeternas inre över supernovaexplosioner till sammanstötningar mellan kompakta stjärnor som sänder ut gravitationsvågor fångade av detektorer på jorden.

För dem som följer teknikutvecklingen är ASKAP J1424 också en påminnelse om hur viktigt det är att bygga snabba survey-teleskop. Tack vare dem kan vi upptäcka kortvariga mystiska signaler och registrera dem medan de varar – innan en kosmisk fyr som ASKAP J1424 åter tystnar under en okänd tidsperiod.