En kosmisk fyr som sände precisa pulser — och sedan försvann
En ny och märklig radiokälla betedde sig som en kosmisk fyr: signalen återkom var 36:e minut för att därefter försvinna helt. Astronomer försöker nu förstå om det rör sig om en ovanlig död stjärna — eller något vi ännu inte har ett namn för.
ASKAP J1424 chockerade astrofysiker världen över. Under en observationskampanj som pågick i flera veckor registrerade ett radioteleskop i Australien en serie pulser som dök upp med exakt 2 147 sekunders mellanrum. Forskarna letar nu efter en förklaring till varför den så regelbundna signalen plötsligt upphörde helt.
Sådana upptäckter förändrar vår syn på ett dynamiskt universum. I decennier fokuserade astronomer främst på stabila stjärnor, galaxer och klassiska supernovor. Nu växer medvetenheten om att mycket intressant händer även på tidsskalor av minuter och timmar — man måste bara ha rätt instrument för att upptäcka det.
Objektet blinkade som en klocka — och stannade plötsligt
ASKAP J1424 är beteckningen för en radiokälla som upptäcktes med hjälp av radioteleskopet Australian SKA Pathfinder i Australien. Anläggningen tillhör den australiensiska vetenskapsorganisationen CSIRO och byggdes bland annat för att snabbt och frekvent scanna stora delar av himlen. Det är ett helt annat tillvägagångssätt än traditionella radioteleskop som tittar länge på ett litet område i taget.
I ungefär åtta dagar betedde sig ASKAP J1424 som ett mönstergillt kosmiskt ”sekundvisare” — pulserna var stabila, upprepade och nästan identiska. Varje puls hade liknande form, ljusstyrka och varaktighet. Ingenting tydde på att objektet höll på att dö ut på ett instabilt sätt.
Sedan hände något fullständigt oväntat. Signalen slocknade från den ena dagen till den andra. Den avtog inte gradvis och ändrade inte rytm — den slutade helt enkelt dyka upp. Sedan dess väntar radioteleSkopen stilla på att den mystiska källan ska meddela sig igen. Forskare från programmet EMU genomgår regelbundet himlen och letar efter kortvariga signaler.
En ny klass av kosmiska ”försvinnare” i radiovågor
Under en årrad har astronomer beskrivit en grupp objekt som inte lyser konstant, utan dyker upp på himlen kortvarigt för att därefter försvinna. Inom radiovågor kallas denna familj för långperiodiska transienta fenomen. Till skillnad från kända pulsarer som blinkar tusentals gånger per sekund, mäts rytmen här i minuter eller timmar.
Forskarna misstänker att sådana fenomen bland annat kan bero på följande objekt:
- neutronstjärnor med extremt starka magnetfält, kallade magnetarer
- små, mycket täta stjärnor — så kallade vita dvärgar — med intensiva magnetfält
- sällsynta dubbelstjärnsystem där två kompakta objekt påverkar varandra kraftigt
- komplexa system med tillströmning av materia från omgivningen
ASKAP J1424 passar perfekt in i denna grupp vad gäller periodlängden, men dess speciella egenskaper låter sig inte lätt inpassas i befintliga modeller. Forskarna säger det direkt: det är ännu en pusselbit i ett pussel där många stycken saknas. Radioteleskopet ATCA hjälpte till att undersöka formen på radioemissionen och dess polarisation närmare.
De kosmiska uren som drog ur sitt eget batteri
Regelbundenheten i signalen från ASKAP J1424 imponerar även erfarna radioastronomer. Ur en fysisk synvinkel svarar en sådan profil bäst mot en snabbt roterande, mycket tät kropp — exempelvis en neutronstjärna eller en vit dvärg. Normalt fungerar sådana ”kosmiska ur” i åratal.
Här står vi inför en paradox: stabil emission kombinerad med en mycket kortvarig aktivitetsepisod. Denna kombination av egenskaper är svår att förklara med en enkel berättelse. Astronomer använder olika utrustning för att lösa gåtan — teleskopet Gemini observerade detta himlaområde i infrarött ljus och letade efter en stjärnmotsvarighet till ASKAP J1424.
Inget av dessa försök gav ett klart, lättolkat ”avtryck” i andra delar av spektrumet. Frånvaron av en optisk och infraröd signal har blivit en av de största gåtorna i hela saken. Det leder forskarna till slutsatsen att det antingen handlar om ett extremt svagt objekt, eller att något effektivt maskerar dess närvaro.
En hundra procent polariserad signal — vad betyder det?
Dataanalysen visade att radioemissionen från ASKAP J1424 är fullständigt polariserad. I praktiken betyder det att radiovågorna har ordnade svängningar — deras ”riktning” är inte slumpmässig. Astronomer observerar dessutom övergångar mellan elliptisk och linjär polarisation.
En sådan signatur ses endast i omgivningar med ett mycket ordnat och starkt magnetfält — i närheten av kompakta objekt där materia och strålning ”dansar” i takt med magnetfältets kraftlinjer. Med andra ord är ASKAP J1424 troligtvis varken en vanlig stjärna eller en klassisk radiokälla.
Signalen pekar på extrema fysiska förhållanden och en specialiserad emissionsmekanism. Det stärkte antagandet om att en död stjärna eller ett system bestående av två mycket täta stjärnor är inblandat. Forskare från University of Sydney och andra institutioner arbetar på mer detaljerade modeller av sådana system.
Är två vita dvärgar ansvariga?
Forskargruppens mest tungvägande förslag går ut på att ASKAP J1424 är ett system bestående av två vita dvärgar. Det är täta, utbrända stjärnrester, ofta på storleken av jorden men med en massa motsvarande solens. Om två sådana objekt kretsar tätt kring varandra kan deras magnetfält bilda en komplicerad struktur.
I denna modell skulle en period på 36 minuter kunna motsvara:
- rotationsperioden för en av komponenterna
- omloppstiden för paret av vita dvärgar
- en kombination av båda rörelserna — när emissionen endast tänds vid en bestämd geometrisk konfiguration
- cykler av materiatillströmning mellan objekten i det täta dubbelstjärnsystemet
Detta tillvägagångssätt ger möjlighet att förklara tre centrala egenskaper: regelbundenheten, den långa tidsskalan och den höga polarisationsgraden. Frågan är dock fortfarande varför det i synligt ljus och infrarött ljus inte syns något som påminner om ett system av två täta stjärnor.
Om två täta stjärnor verkligen kretsar i detta område är de antingen extremt svaga optiskt, eller så döljer något effektivt deras närvaro. Dessa svårigheter gör scenariot med de två vita dvärgarna attraktivt, men fortfarande osäkert. Forskarna understryker att det behövs ytterligare data — särskilt långsiktig radioövervakning och djupare observationer i andra strålningsband.
Den svåraste frågan — vad släckte emissionen?
Sett från teorin om kompakta stjärnor är den plötsliga avbrytningen av signalen det mest brännande problemet. De två primära tolkningarna som forskargrupperna arbetar med ser ut så här. Antingen har ASKAP J1424 naturliga aktivitetscykler — ibland aktiv i radio och därefter inaktiv under långa perioder. Eller så utlöses emissionen av materiatillströmning från ett grannobjekt eller omgivningen, och denna tillströmning upphörde abrupt.
I den första varianten skulle objektet påminna om en ”blinkande” magnetar som endast sänder ut starka radiopulser under begränsade tidsperioder. I den andra liknar det mer en maskin som fick slut på bränsle: när flödet av materia minskade eller försvann släcktes även radiosignalen. Utan att signalen återvänder är det svårt att avgöra vilken beskrivning som ligger närmast sanningen.
Därför läggs stor vikt vid långsiktig övervakning av detta himmelsområde. Långperiodiska transienta fenomen kan visa sig utgöra en hel och ganska talrik population av objekt. Om ASKAP och liknande instrument börjar registrera dem regelbundet får astrofysiker ett helt nytt set ”prover” att studera processer kopplade till extrema magnetfält och tät materia.
Vad berättar ASKAP J1424 om nya upptäckter?
Sådana fynd är också ett viktigt test för teorier som beskriver stjärnornas utveckling. Forskarna måste verifiera om de nuvarande modellerna överhuvudtaget tillåter existensen av objekt med mycket starka magnetfält som sänder ut regelbundna, ordnade radiopulser, bara är aktiva i få dagar, därefter tystnar helt och praktiskt taget inte avslöjar sig i andra delar av spektrumet.
Om de aktuella teorierna inte kan beskriva sådana parametrar kommer fysikerna att behöva utvidga dem eller till och med föreslå en ny klass av kompakta objekt. Ju mer vi vet om dessa extrema objekt, desto bättre kan vi förutsäga materians beteende under extrema förhållanden — från planeternas inre över supernovaexplosioner till kollisioner 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 viktig uppbyggnaden av snabba ”översikts”-teleskop har blivit. Tack vare dem kan vi registrera kortvariga, mystiska signaler och fånga dem i det ögonblick de varar — innan en kosmisk fyr som ASKAP J1424 åter tystnar, vi vet inte för hur länge. Frågan är om detta märkliga objekt någonsin meddelar sig igen — eller om det för alltid förblir tyst.
