En kosmisk fyr som plötsligt slocknade
En ny radiokälla uppträdde som ett fyrtorn i rymden – signalen återkom med exakt regelbundenhet för att sedan försvinna fullständigt. Astronomer undersöker nu om det rör sig om en ovanlig död stjärna, eller något vi ännu inte har något namn för.
ASKAP J1424 överraskade astrofysiker över hela världen med sitt beteende. Under åtta dagar sände objektet ut stabila radiopulser var 36:e minut, varefter det plötsligt och utan förvarning tystnade. Forskare arbetar intensivt med att förstå vad som ligger bakom detta märkliga fenomen.
En signal med kosmisk precision
Radioteleskopet Australian SKA Pathfinder i Australien registrerade under en fleraveckors observationskampanj en serie pulser som uppstod var 2 147:e sekund. Den här typen av regelbundna signaler påminner om ett kosmiskt urverk som plötsligt stannar.
Forskarna beskriver ASKAP J1424 som en ny medlem i gruppen av mystiska radiokällor med lång period. Dessa objekt dyker upp under kort tid och försvinner igen utan att lämna spår i andra delar av det elektromagnetiska spektrumet. Studiet av sådana fenomen ger fysiker möjlighet att testa naturlagarna under förhållanden som är omöjliga att återskapa i jordiska laboratorier.
Vad är långperiodiska radiotransienter
Under de senaste åren har astronomer beskrivit en grupp objekt som inte lyser kontinuerligt, utan dyker kortvarigt upp på himlen och försvinner igen. Inom radioastronomi kallas denna familj för långperiodiska radiotransienter. Till skillnad från kända pulsarer, som blinkar tusentals gånger per sekund, mäts rytmen här i minuter eller timmar.
Forskare från universitet och forskningsinstitutioner menar att olika typer av kompakta objekt kan ligga bakom sådana fenomen. Neutronstjärnor med extremt starka magnetfält – så kallade magnetarer – är bland de primära kandidaterna. En annan möjlighet är vita dvärgar med intensiva magnetfält, som uppstod som utbrända rester av stjärnor.
ASKAP J1424 passar perfekt in i denna grupp vad gäller periodens längd, men objektets specifika egenskaper låter sig inte lätt inpassas i befintliga modeller. Forskare från den australiensiska organisationen CSIRO säger det rakt ut: det är ytterligare en bit i ett pussel där många fragment fortfarande saknas.
Några förslag inkluderar också sällsynta dubbelstjärnesystem, där två kompakta objekt påverkar varandra kraftigt. Sådana konfigurationer kan skapa komplexa magnetfältstrukturer och generera periodiska radiopulser. Just kombinationen av olika rörelser – rotation och omlopp – kan förklara de observerade tidsintervallerna.
Stabil emission som plötsligt upphörde
Regelbundenheten i signalen från ASKAP J1424 imponerar även på erfarna radioastronomer. Varje puls hade liknande form, ljusstyrka och varaktighet. Ingenting tydde på att objektet höll på att slockna instabilt. Ur ett fysikaliskt perspektiv motsvarar en sådan profil bäst ett snabbt roterande, mycket tätt legeme – 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 kort aktivitetsperiod. Denna kombination av egenskaper är svår att förklara med en enkel teori. Forskarna registrerade följande nyckelkarakteristika:
- Pulserna upprepades exakt var 2 147:e sekund
- Emissionen var hundra procent polariserad
- Övergångar mellan elliptisk och linjär polarisering
- Ingen gradvis intensitetsminskning innan signalens upphörande
- Fullständig frånvaro av optisk eller infraröd motsvarighet
- Perfekt tidsmässig stabilitet genom hela den aktiva fasen
Dataanalysen visade att radioemissionen från ASKAP J1424 är fullständigt polariserad. I praktiken innebär det att radiovågorna har ordnade svängningar – deras riktning är inte slumpmässig. Astronomer observerade också övergångar mellan elliptisk och linjär polarisering.
En sådan signatur ses endast i miljöer med ett mycket ordnat och starkt magnetfält – i närheten av kompakta objekt, där materia och strålning dansar i takt med magnetfältets linjer. Med andra ord är ASKAP J1424 sannolikt varken en vanlig stjärna eller en klassisk radiokälla.
Så upptäcker ASKAP sådana fenomen
Radioteleskopet ASKAP tillhör den australiensiska vetenskapsorganisationen CSIRO. Det byggdes bland annat för att snabbt och frekvent skanna stora delar av himlen. Det är ett helt annat tillvägagångssätt än traditionella radioteleskop, som under lång tid tittar på ett litet hörn av universum.
Inom programmet EMU granskar astronomer regelbundet himlen och letar efter kortvariga signaler. ASKAP spelar in hela serier av radiobilder med korta tidsintervall. Därmed kan man avslöja källor som endast visar sig under några dagar eller timmar. ASKAP J1424 är ett typiskt resultat av en sådan strategi – utan ett tätt observationsnätverk skulle det ha gått obemärkt förbi.
Efter den första lokaliseringen av källan trädde ytterligare instrument till. Den australiensiska interferometern ATCA möjliggjorde en mer precis undersökning av radioemissionens form och polarisering. Teleskopet Gemini observerade detta himmelsområde i det infraröda bandet och letade efter en stjärnmotsvarighet till objektet ASKAP J1424.
Inget av dessa försök gav en tydlig, lättolkad fläck i andra delar av spektrumet. Frånvaron av en optisk och infraröd signal har blivit en av de största gåtorna i hela denna historia. Denna frånvaro komplicerar identifieringen av objektets typ och tvingar forskare att överväga alternativa förklaringar.
Scenariot med två vita dvärgar
Forskarteamets mest seriösa förslag förutsätter att ASKAP J1424 är ett system av två vita dvärgar. Det är täta, utbrända stjärnreliker – ofta på storlek med Jorden, men med en massa motsvarande Solens. Om två sådana objekt kretsar tätt kring varandra kan deras magnetfält bilda en komplex struktur.
I denna modell skulle en period på 36 minuter kunna motsvara rotationsperioden för en av komponenterna, omloppstiden för paret av vita dvärgar, eller en kombination av båda rörelserna – där emissionen endast tänds vid en viss geometrisk uppställning. Detta tillvägagångssätt ger möjlighet att förklara tre centrala egenskaper: regelbundenhet, lång tidsskala och hög polariseringsgrad.
Det kvarstår dock frågan om varför det i synligt ljus och infrarött inte syns något som påminner om ett system av två täta stjärnor. Dubbla vita dvärgsystem är välkända och kan normalt registreras i andra band än det radiovågiga. I detta fall visade optiska och infraröda teleskop ingenting karakteristiskt på den plats varifrån radiosignalen kom.
Om två täta stjärnor verkligen kretsar i detta område är de antingen ovanligt svaga optiskt, eller så maskerar något effektivt deras närvaro. Dessa svårigheter gör scenariot med två vita dvärgar tilltalande, men fortfarande osäkert. Forskare understryker att ytterligare data är nödvändiga – särskilt långsiktig radioövervakning och djupare observationer i andra delar av strålningsspektrumet.
Varför signalen plötsligt försvann
Sett från teorin om kompakta stjärnor är den plötsliga utslockningen av signalen det mest brännande problemet. De två viktigaste tolkningarna som forskarteam från olika universitet arbetar med ser ut så här. ASKAP J1424 har naturliga aktivitetscykler – ibland är det högljutt i radiobandet, och därefter förblir det dämpat under långa perioder.
Den andra möjligheten är att emissionen utlöses av tillströmning av materia från ett grannobekt eller omgivningen, och att denna tillströmning plötsligt upphörde. I den första varianten skulle objektet påminna om en blinkande magnetar, som endast sänder ut kraftiga radiostrålar under begränsade tidsperioder. I den andra varianten påminner det mer om en maskin som får slut på bränsle: när strömmen av materia försvagades eller försvann, slocknade även radion.
Utan signalens återkomst är det svårt att avgöra vilken förklaring som ligger närmast sanningen. Därför läggs stor vikt vid långsiktig övervakning av detta himmelsområde. Forskare hoppas att ASKAP J1424 kommer att göra sig påmind igen och leverera ytterligare data.
Detta fall visar hur mycket astronomernas syn på himlen har förändrats. Under årtionden fokuserade forskare främst på stabila stjärnor, galaxer eller klassiska supernovor. Nu växer medvetenheten om att det på skalan av minuter och timmar också händer mycket – man behöver bara rätt instrument för att lägga märke till det.
Vad ASKAP J1424 berättar för oss om den föränderliga himlen
Långperiodiska radiotransienter kan visa sig utgöra en helt rätt talrik population av objekt. Om ASKAP och liknande instrument börjar registrera dem regelbundet kommer astrofysiker att få en helt ny uppsättning exempel för att studera processer förknippade med extrema magnetfält och tät materia.
Dessa typer av källor är också ett viktigt test för teorier som beskriver stjärnornas utveckling. Forskare måste verifiera om nuvarande modeller överhuvudtaget tillåter existensen av objekt som har mycket starka magnetfält, sänder ut regelbundna ordnade radiopulser, är aktiva endast några få dagar för att därefter fullständigt tystna, och som praktiskt taget inte avslöjar sig i andra delar av spektrumet.
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. Institutioner som CSIRO och universitet involverade i EMU-programmet arbetar intensivt med att samla in ett större antal observationer.
Även om ASKAP J1424 kan verka avlägset från vardagens angelägenheter påverkar sådana fenomen verkligen förståelsen av det universum vi lever i. Studiet av neutronstjärnor och vita dvärgar ger möjlighet att pröva fysikens lagar under förhållanden som inte kan efterliknas i jordiska laboratorier – vid tätheter och magnetfält miljontals gånger större än allt vi känner från Jordens närhet.
Ju mer vi vet om dessa extrema objekt, desto bättre kan vi förutsäga materians beteende i yttersta situationer: från planeternas inre över supernovaexplosioner till kollisioner mellan kompakta stjärnor som sänder ut gravitationsvågor registrerade av detektorer på Jorden. För dem som följer teknikens utveckling är ASKAP J1424 också en påminnelse om hur viktigt det är att bygga snabba översiktsteleskop – de ger dig möjlighet att fånga mystiska signaler i ögonblicket de varar, innan det kosmiska fyrtornet återigen tystnar på obestämd tid.
