En kosmisk klocka som stannade utan förvarning
Radioteleskop fångade upp ett objekt som fungerade som en exakt kosmisk klocka — minutiöst precist och fullständigt oförklarligt. Efter åtta dagars perfekt regelbundenhet tystnade det plötsligt och lämnade astronomerna med en rad obesvarade frågor.
Fenomenet känt som ASKAP J1424 är en av de mest gåtfulla radiosignalerna i modern tid. Ett australiensiskt radioteleskop registrerade en källa som sände ut pulser med matematisk precision var 36:e minut — för att sedan upphöra lika abrupt som den börjat. Forskare försöker nu förstå vad som kan ligga bakom detta beteende och om det rör sig om en helt ny typ av kosmiskt objekt.
Liknande fenomen utmanar befintliga modeller för döda stjärnor och kompakta objekt. Forskare från flera institutioner analyserar data och presenterar olika hypoteser — från extremt magnetiska neutronstjärnor till binära system av vita dvärgar. Ingen av teorierna förklarar dock fullt ut alla observerade egenskaper hos denna mystiska källa.
Kosmisk fyr aktiv i exakt åtta dagar
Objektet ASKAP J1424 dök upp första gången i data från radioteleskopsystemet Australian SKA Pathfinder under ett rutinmässigt himmelsövervakningsprogram. Detta teleskop består av dussintals antenner utspridda över den australiensiska öknen och är konstruerat för att snabbt skanna stora delar av himlen. Dess främsta fördel är förmågan att regelbundet återvända till samma positioner och därmed registrera kortvariga fenomen.
Signalen kännetecknades av en anmärkningsvärd regelbundenhet. Var 2147:e sekund — motsvarande ungefär 36 minuter — anlände en ny radiopuls med nästan urvärksliknande precision. Detta beteende varade i cirka åtta dagar, under vilka astronomerna registrerade dussintals på varandra följande pulser. Därefter upphörde emissionen fullständigt, utan någon gradvis minskning i intensitet.
Teleskop som övervakar detta område av himlen registrerar nu absolut ingenting på den aktuella positionen. Varken i radiobandet, synligt ljus eller infrarött spektrum finns någon aktivitet att spåra. Det är som om källan helt enkelt släckte och upphörde att existera. Forskare från flera observatorier fortsätter övervakningen av området i hopp om att signalen ska återvända.
Långperiodiska radiotransienter som en ny klass objekt
De senaste åren har astronomer i allt högre utsträckning registrerat objekt som blinkar i radiospektrat med perioder som skiljer sig markant från klassiska pulsarer. Därmed har begreppet långperiodiska radiotransienter uppstått — källor som tänds och släcks med intervaller mätta i minuter eller timmar. Dessa objekt utgör en allvarlig utmaning för traditionella astrofysiska modeller.
Klassiska pulsarer är snabbt roterande neutronstjärnor med perioder från bråkdelar av en sekund till några sekunder. En neutronstjärna med en diameter på omkring tjugo kilometer kan rotera hundratals gånger per sekund och sända ut regelbundna radiopulser. ASKAP J1424 med sin 36-minuterscykel passar inte alls in i denna bild och antyder existensen av en helt annorlunda mekanism.
De karaktäristiska egenskaperna hos ASKAP J1424 omfattar:
- En emissionsperiod på cirka 36 minuter — mer än tusen gånger längre än hos millisekundpulsarer
- En aktivitetsperiod på omkring åtta dagar med kontinuerliga, stabila pulser
- Frånvaro av en synlig motsvarighet i det optiska och infraröda spektrumet
- En fullständigt polariserad radiosignal som indikerar ett kraftfullt magnetfält
- Abrupt upphörande av emissionen utan gradvis avtagande
- Ingen detektion efter avslutad aktiv fas
Dessa egenskaper tillsammans antyder att det antingen rör sig om en extremt atypisk neutronstjärna eller en helt annan typ av kompakt objekt. Forskare från University of Sydney och andra institutioner analyserar alla tillgängliga möjligheter.
Vad kan generera en så långsam och regelbunden rytm
Forskarna överväger främst två huvudscenarier som kan förklara det observerade beteendet. Den första möjligheten är en neutronstjärna med ett ovanligt kraftfullt magnetfält som roterar betydligt långsammare än vanliga pulsarer. Sådana objekt kallas magnetarer och kan ha fält som är storleksordningar starkare än hos standardneutronstjärnor. Den andra hypotesen involverar en vit dvärg med ett ovanligt intensivt magnetfält.
Vita dvärgar är utbrända kärnor från stjärnor likt Solen, komprimerade till jordens storlek. Normalt har de inte tillräckligt kraftfulla magnetfält för att generera intensiv radioemission, men undantag har observerats. Om en vit dvärg i ett binärt system samlar in materia från sin följeslagare skulle förutsättningar för radioemission kunna uppstå.
Båda modellerna förklarar delvis den långa perioden och den energirika radioemissionen, men var och en har allvarliga brister när det gäller det plötsliga avbrottet av signalen. Forskare från Curtin University i Australien lutar åt hypotesen om ett binärt system, medan andra föredrar modellen med en ultralångsamt roterande neutronstjärna med en komplex magnetosfär.
En fullständigt polariserad signal avslöjar extrema förhållanden
Nyckeln till att förstå gåtan ligger i själva karaktären hos den uppfångade radiovågen. ASKAP J1424 sänder ut en fullständigt polariserad signal, vilket betyder att oscillationerna i det elektromagnetiska fältet är mycket starkt ordnade. En sådan polariseringsnivå förekommer endast i miljöer med extremt kraftfulla och välordnade magnetfält.
Den fullständiga polariseringen av emissionen indikerar närvaron av ett mycket organiserat och kraftfullt magnetfält samt plasma under förhållanden som sällan uppstår utanför influenssfären från extrema objekt som neutronstjärnor eller täta dubbelstjärnor. Under observationerna ses en övergång mellan elliptisk och linjär polarisering, vilket antyder en komplex struktur hos fältlinjerna.
Denna polariseringsändring tyder på att signalen uppstår i ett område där magnetfältlinjerna har en komplicerad geometri och där radiovågen passerar genom ett medium med varierande egenskaper. Forskare från CSIRO, den australiensiska forskningsorganisationen som driver ASKAP, använde precis polariseringsanalys för att rekonstruera den sannolika konfigurationen av källans magnetfält.
Frånvaron av ett synligt spår komplicerar identifieringen
Det är särskilt frustrerande för astronomerna att det inte finns någon motsvarighet i andra delar av spektrumet. Optiska teleskop — inklusive Gemini-systemet på Hawaii — visar ingen tydlig kandidat på den position varifrån signalen kom. Infraröda bilder från rymdteleskop uppvisar inte heller något ovanligt.
Om ASKAP J1424 var en vanlig stjärna eller en ljus vit dvärg borde det åtminstone finnas ett svagt spår synligt. Tystnaden i de övriga spektralbanden antyder ett mycket kompakt system med låg ljusstyrka där merparten av energin just undslipper i radiobandet. Liknande beteende har observerats hos vissa magnetarer, men aldrig med en så lång period.
Forskarna använde också röntgenobservatorier, men inte heller de registrerade någon signal från det aktuella området. Denna frånvaro av en multispektral motsvarighet försvårar i hög grad bestämningen av objektets exakta natur och avstånd. Astronomerna kan tillsvidare endast uppskatta att ASKAP J1424 befinner sig i vår galax, Vintergatan.
Varför en sådan signal förändrar synen på universums dynamik
I årtionden koncentrerade sig radioastronomi främst på stabila källor som galaxer, supernovarester eller kvasarer. Först de senaste åren, med en ny generation av instrument, visar det sig hur dynamisk himlen faktiskt är i radiobandet. Projektet EMU, inom vars ramar ASKAP J1424 upptäcktes, fokuserar just på flyktiga källor.
Signaler som ASKAP J1424 indikerar existensen av en hel population av objekt som blinkar på tidsskalor av dagar, timmar eller minuter. De dyker upp, sänder ut en serie pulser och tystnar därefter under obestämd tid. Traditionella observationskampanjer riktade mot långa exponeringar av ett område missade dem lätt. Moderna teleskop som ASKAP eller det framtida Square Kilometre Array håller på att förändra detta tillvägagångssätt.
Forskarna uppskattar att det kan finnas tusentals liknande objekt i galaxen, men att de flesta förblir oupptäckta på grund av sin förgängliga natur. Varje nytt fynd av denna typ bidrar till förståelsen av hur stjärnliv slutar och vilka mellanstadierna är mellan aktiva objekt och fullständigt utbrända rester.
Den mest fascinerande hypotesen involverar två vita dvärgar
Det team som analyserar data har föreslagit ett av de mest intressanta scenarierna: ASKAP J1424 kan vara ett tätt binärt system där två vita dvärgar kretsar kring varandra. Var och en är en utbränd kärna från en tidigare solliknande stjärna, komprimerad till jordens storlek med en densitet på ton per kubikcentimeter.
I scenariot med två vita dvärgar penetrerar de magnetiska fälten från båda komponenterna konstant varandra. När systemet når en viss orbital konfiguration sluts fältlinjerna på ett specifikt sätt och intensiv radioemission uppstår. När den inbördes positionen ändras släcks objektet igen. Denna hypotes förklarar pulsernas regelbundenhet som en orbital period.
Liknande system med vita dvärgar har exempelvis observerats i fallet med objektet AR Scorpii, som också uppvisar pulserande beteende i både radio- och optiskt spektrum. AR Scorpii har dock en betydligt kortare period på omkring två minuter och är synlig i det optiska spektrumet — till skillnad från ASKAP J1424.
Väntan på ett återuppvaknande eller nya liknande objekt
De kommande åren kommer att innebära en kapplöpning mellan tålamod och tekniska möjligheter. Astronomerna planerar regelbundna skanningar av samma område med radioteleskopen ASKAP och MeerKAT i Sydafrika. Parallellt utförs observationer i andra spektralband för att fånga upp även det svagaste optiska spår.
Forskarna går också igenom arkivdata från olika himmelsöversikter för att undersöka om liknande signaler tidigare har registrerats men förbisetts som brus eller fel. Moderna algoritmer baserade på maskininlärning gör det möjligt att effektivt analysera enorma datamängder och söka efter mönster motsvarande ASKAP J1424. Flera kandidater har redan identifierats och inväntar bekräftelse.
Om ASKAP J1424 aktiveras igen kommer en ny serie pulser att möjliggöra kontroll av om dess rytm har förändrats. Även små ändringar i perioden eller pulsformen kan avslöja om det beror på rotationen av ett enskilt objekt eller en orbital dans mellan två stjärnor. Sådan information skulle markant begränsa de möjliga scenarierna och föra astronomerna närmare ett definitivt svar om detta gåtfulla objekts natur.
