En kosmisk fyr som plötsligt slocknade
En ny och märklig källa till radiovågor betedde sig som en kosmisk fyr – signalen återkom var 36:e minut och försvann sedan fullständigt. Astronomerna försöker nu förstå om det rör sig om en ovanlig död stjärna, eller något vi ännu inte har ord för.
ASKAP J1424 chockade astrofysiker runt om i världen. Under en observationskampanj som varade i flera veckor registrerade ett radioteleskop i Australien en serie impulser som uppträdde exakt var 2 147:e sekund. Forskarna letar nu efter en förklaring till varför denna regelbundna signal plötsligt dog ut helt.
Sådana fynd förändrar vår bild av ett dynamiskt universum. I decennier fokuserade astronomerna främst på stabila stjärnor, galaxer och klassiska supernovor. Nu växer insikten om att mycket intressant händer även på tidsskalor av minuter och timmar – du behöver bara rätt instrument för att upptäcka det.
Objektet som blinkade som ett urverk och sedan slutade
ASKAP J1424 är beteckningen på en radiokälla som upptäcktes med hjälp av radioteleskopet Australian SKA Pathfinder i Australien. Anläggningen tillhör den australiska vetenskapsorganisationen CSIRO och byggdes bland annat för att snabbt och ofta skanna stora områden av himlen. Det är ett helt annat synsätt än traditionella radioteleskop, som länge stirrar på ett litet fragment i taget.
Under ungefär åtta dagar betedde sig ASKAP J1424 som en exemplarisk kosmisk sekundvisare – impulserna var stabila, upprepbara och nästan identiska. Varje impuls hade liknande form, ljusstyrka och varaktighet. Ingenting tydde på att objektet instabilt höll på att slockna.
Sedan hände något helt oväntat. Signalen slocknade från en dag till nästa. Den försvagades inte gradvis, ändrade inte rytm – den slutade helt enkelt att dyka upp. Sedan dess väntar radioteleskopen tyst på att den mystiska källan ska höra av sig igen. Forskare inom EMU-programmet söker regelbundet igenom himlen efter kortlivade signaler.
En ny klass av kosmiska ”försvinnare”
Under de senaste åren har astronomerna beskrivit en grupp objekt som inte lyser konstant, utan dyker upp på himlen en kort stund för att sedan försvinna. Inom radioastronomi kallas en sådan familj för transienter med lång period. Till skillnad från kända pulsarer, som blinkar tusentals gånger per sekund, räknas rytmen här i minuter eller timmar.
Forskarna misstänker att sådana fenomen kan orsakas av bland annat följande objekt:
- neutronstjärnor med extremt starka magnetfält, så kallade magnetarer
- små, mycket täta stjärnor – så kallade vita dvärgar – med intensiva magnetfält
- sällsynta dubbelstjärnesystem där två kompakta objekt kraftigt påverkar varandra
- komplexa system med inflöde av materia från omgivningen
ASKAP J1424 passar perfekt in i den här gruppen vad gäller periodens längd, men dess särskilda egenskaper låter sig inte enkelt inordnas i befintliga modeller. Forskarna säger det rakt ut: det är ytterligare en pusselbit i ett pussel där många bitar saknas. Radioteleskopet ATCA hjälpte till att mer noggrant undersöka formen på radioemissionen och dess polarisation.
Det kosmiska uret som tog ut sitt eget batteri
Signalenss regelbundenhet från ASKAP J1424 imponerar även på erfarna radioastronomer. Ur ett fysikaliskt perspektiv stämmer en sådan profil bäst överens med ett snabbt roterande, mycket tätt objekt – exempelvis en neutronstjärna eller en vit dvärg. Vanligtvis fungerar sådana ”kosmiska ur” i år efter år.
Här står vi inför ett paradox: stabil emission kombinerad med ett mycket kort aktivitetsfönster. Den kombinationen av egenskaper är svår att förklara med en enkel historia. Astronomerna använde olika instrument för att försöka lösa gåtan – Gemini-teleskopet observerade detta himmelssegment i infrarött ljus och letade efter en stjärnmotsvarighet till ASKAP J1424.
Inget av dessa försök gav en tydlig, lättolkad ”fläck” i andra delar av spektrumet. Frånvaron av optiska och infraröda signaler utgör en av de största gåtorna i hela fallet. Det leder forskarna till slutsatsen att det antingen rör sig om ett extremt svagt objekt, eller att något effektivt maskerar dess närvaro.
En hundraprocentigt polariserad signal – vad innebär det?
Dataanalysen visade att radioemissionen från ASKAP J1424 är fullständigt polariserad. I praktiken innebär det att radiovågorna har ordnade svängningar – deras ”riktning” är inte slumpmässig. Astronomerna observerade även övergångar mellan elliptisk och linjär polarisation.
En sådan signatur observeras bara i miljöer med ett mycket ordnat, starkt magnetfält – i närheten av kompakta objekt där materia och strålning ”dansar” i takt med magnetfältets kraftlinjer. Med andra ord är ASKAP J1424 sannolikt varken en vanlig stjärna eller en klassisk radiokälla.
Signalen pekar på extrema fysikaliska förhållanden och en specialiserad emissionsmekanism. Det stärkte antagandet att en död stjärna eller ett system bestående av två mycket täta stjärnor är inblandat. Forskare vid University of Sydney och andra institutioner arbetar på mer detaljerade modeller av sådana system.
Är två vita dvärgar ansvariga?
Det mest framträdande förslaget från forskarteamet är att ASKAP J1424 utgörs av ett system med två vita dvärgar. Det är täta, utbrända stjärnerester, ofta av ungefär jordens storlek men med en massa liknande solens. Om två sådana objekt kretsar nära varandra kan deras magnetfält bilda en komplicerad struktur.
I den här modellen skulle perioden på 36 minuter kunna motsvara:
- rotationsperioden hos en av komponenterna
- omloppstiden för paret vita dvärgar
- en kombination av båda rörelserna – när emissionen tänds bara vid en specifik geometrisk konfiguration
- cykler av materiaflöde mellan objekten i ett tätt dubbelstjärnesystem
Det synsättet tillåter en förklaring av tre nyckelegenskaper: regelbundenheten, den långa tidsskalan och den höga graden av signalpolarisation. Ändå kvarstår frågan varför ingenting som påminner om ett system av två täta stjärnor syns i synligt ljus eller infrarött.
Om två täta stjärnor verkligen kretsar i det området är de antingen optiskt extremt svaga, eller så maskerar något effektivt deras närvaro. Dessa svårigheter gör att scenariot med två vita dvärgar är lockande men fortfarande osäkert. Forskarna betonar att ytterligare data behövs – framför allt långsiktig radioövervakning och djupare observationer i andra strålningsspektra.
Den svåraste frågan – vad stängde av emissionen?
Ur teorin om kompakta stjärnors perspektiv är den plötsliga signalstängningen det mest brännande problemet. De två huvudsakliga tolkningar som forskarteamen arbetar med ser ut som följer. ASKAP J1424 har naturliga aktivitetscykler – ibland är den högljudd på radio och sedan förblir den inaktiv under långa perioder. Eller så utlöses emissionen av ett materiaflöde från ett angränsande objekt eller omgivning, och detta flöde upphörde abrupt.
I det första alternativet skulle objektet kunna likna en ”blinkande” magnetar som bara avger starka radiopulsar under begränsade tidsintervall. I det andra påminner det mer om en maskin som tagit slut på bränsle: när matérieströmmen försvagades eller upphörde, slocknade även radion. Utan att signalen återkommer är det svårt att avgöra vilken bild som ligger närmast sanningen.
Därav den stora betoningen på långsiktig övervakning av det här himmelssegmentet. Transienter med lång period kan visa sig utgöra en hel, ganska talrik population av objekt. Om ASKAP och liknande instrument börjar registrera dem regelbundet får astrofysikerna en helt ny uppsättning ”prover” att studera processer kopplade till extrema magnetfält och tät materia.
Vad ASKAP J1424 berättar om nya kosmiska upptäckter
Sådana fynd utgör också ett viktigt test för teorier som beskriver stjärnutveckling. Forskarna måste verifiera om nuvarande modeller ens tillåter existensen av objekt med mycket starka magnetfält som sänder ut regelbundna, ordnade radioimpulser, fungerar bara i några dagar och sedan tystnar helt, och som praktiskt taget inte avslöjar sig i andra delar av spektrumet.
Om nuvarande teorier inte kan beskriva sådana parametrar tvingas fysikerna antingen utvidga dem eller direkt föreslå en ny klass av kompakta objekt. Ju mer vi vet om dessa extrema objekt, desto bättre kan vi förutsäga materians beteende i gränssituationer – från planeters inre och 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 viktigt det blivit att bygga snabba, ”panorerande” teleskop. Tack vare dem kan vi fånga kortlivade, mystiska signaler i det ögonblick de pågår – innan den kosmiska fyren, som ASKAP J1424, återigen tystnar under en obestämd tid. Frågan kvarstår om detta märkliga objekt någonsin hör av sig igen, eller om det för evigt förblir tyst.
