En kosmisk fyr som plötsligt slocknade
En ny källa till radiovågor betedde sig som en fyr ute i rymden – signalen återkom med jämna mellanrum och försvann sedan helt och hållet. Astronomer världen över försöker nu avgöra om det rör sig om en ovanlig död stjärna, eller något vi ännu inte har ord för.
ASKAP J1424 kom som en total överraskning för astrofysikerna. I åtta dagar sände källan stabila radiopulser var 36:e minut, och sedan tystnade den abrupt utan någon som helst förvarning. Vad som döljer sig bakom detta märkliga fenomen är ännu oklart.
Radiotelesskopet Australian SKA Pathfinder i Australien registrerade under en flera veckor lång observationskampanj en serie pulser som dök upp exakt var 2 147:e sekund. En sådan regelbundenhet påminner om ett kosmiskt urverk som plötsligt stannar.
Forskarna betecknar ASKAP J1424 som en ny medlem i en grupp av mystiska radiokällor med lång period. Dessa objekt dyker upp under kort tid och försvinner sedan utan att lämna spår i andra delar av det elektromagnetiska spektrumet. Studier av sådana fenomen hjälper fysiker att testa naturlagar under förhållanden som är omöjliga att återskapa i laboratorium på jorden.
Vad är långperiodiska radiotransienter
Under de senaste åren har astronomer börjat kartlägga en grupp objekt som inte lyser kontinuerligt, utan dyker upp på himlen under kort tid och sedan försvinner igen. Inom radioastronomin kallas denna familj för långperiodiska transienter. Till skillnad från vanliga pulsarer, som blinkar tusentals gånger per sekund, räknas rytmen här i minuter eller till och med timmar.
Forskare vid olika universitet och forskningsinstitut tror att bakom sådana fenomen kan dölja sig olika typer av kompakta objekt. Neutronstjärnor med extremt starka magnetfält – så kallade magnetarer – är bland de starkaste kandidaterna. En annan möjlighet är vita dvärgar med intensiva magnetfält, de brända resterna av döda stjärnor.
ASKAP J1424 passar väl in i denna grupp vad gäller periodens längd, men dess specifika egenskaper låter sig inte enkelt pressas in i befintliga modeller. Forskare vid den australiensiska organisationen CSIRO är tydliga: det är ännu en pusselbit i ett pussel där många bitar fortfarande saknas.
Vissa förslag inkluderar även sällsynta dubbelstjärnesystem där två kompakta objekt påverkar varandra kraftigt. Sådana konfigurationer kan skapa komplexa magnetfältsstrukturer och generera periodiska radiopulser. Just kombinationen av rotation och omloppsbana kan förklara de observerade tidsintervallen.
En stabil emission som plötsligt upphörde
Signalens regelbundenhet imponerade även på erfarna radioastronomer. Varje puls hade liknande form, ljusstyrka och varaktighet. Ingenting tydde på att objektet var på väg att slockna ostadigt. Ur fysikalisk synvinkel stämmer en sådan profil bäst överens med ett snabbt roterande, extremt tätt objekt – som en neutronstjärna eller en vit dvärg.
Normalt fungerar sådana kosmiska ur i åratal. Här står vi inför en paradox: stabil emission kombinerat med en mycket kort aktivitetsepisod. Den kombinationen är svår att förklara med en enda enkel teori. Forskarna noterade dessa nyckelkarakteristika:
- Pulserna upprepades exakt var 2 147:e sekund
- Emissionen var hundraprocentigt polariserad
- Övergångar mellan elliptisk och linjär polarisering observerades
- Ingen gradvis intensitetsminskning inför signalens försvinnande
- Total frånvaro av en optisk eller infraröd motsvarighet
- Perfekt tidsmässig stabilitet under hela den aktiva fasen
Dataanalysen visade att radioemissionen från ASKAP J1424 är helt polariserad. I praktiken innebär det att radiovågorna har ordnade svängningar – deras riktning är inte slumpmässig. Astronomerna observerade också övergångar mellan elliptisk och linjär polarisering.
En sådan signatur syns bara i miljöer med ett mycket ordnat och starkt magnetfält – i närheten av kompakta objekt där materia och strålning dansar i takt med magnetfältslinjerna. Med andra ord är ASKAP J1424 troligen varken en vanlig stjärna eller en klassisk radiokälla.
Hur ASKAP hittar sådana fenomen
Radiotelesskopet 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 angreppssätt än traditionella radioteleskop, som länge stirrar på ett litet fragment av universum.
Inom programmet EMU söker astronomer regelbundet av himlen efter kortlivade signaler. ASKAP registrerar hela serier av radiobilder med korta tidsintervall, vilket gör det möjligt att avslöja källor som bara är aktiva under några dagar eller timmar. ASKAP J1424 är ett typiskt byte för en sådan strategi – utan ett tätt observationsnät hade det passerat helt obemärkt förbi.
Efter att källan lokaliserades kopplades fler instrument in. Det australiensiska interferometret ATCA möjliggjorde en mer detaljerad undersökning av radioemissionens form och polarisering. Teleskopet Gemini observerade det aktuella himmelssegmentet i infrarött ljus och letade efter en stjärnmässig motsvarighet till ASKAP J1424.
Inget av dessa försök gav en tydlig, lätttolkad signal i andra delar av spektrumet. Frånvaron av en optisk och infraröd signal är en av historiens största gåtor. Den försvårar identifieringen av objektets typ och tvingar forskarna att tänka i alternativa banor.
Scenariot med två vita dvärgar
Det mest framträdande förslaget från forskarteamet är att ASKAP J1424 utgör ett system av två vita dvärgar. Det rör sig om täta, brända stjärnerester, ofta jordstora men med en massa liknande solens. Om två sådana objekt kretsar nära varandra kan deras magnetfält bilda en komplicerad struktur.
I den modellen skulle perioden på 36 minuter kunna motsvara rotationsperioden hos en av komponenterna, omloppstiden för paret vita dvärgar, eller en kombination av dessa rörelser – där emissionen bara slås på vid en specifik geometrisk konfiguration. Det tillvägagångssättet kan förklara tre nyckelegenskaper: regelbundenheten, den långa tidsskalan och den höga polariseringsgraden.
Frågan kvarstår ändå: varför syns ingenting i synligt ljus eller infrarött som skulle antyda ett system av två täta stjärnor? Dubbla vita dvärgssystem är välkända och brukar kunna detekteras i andra våglängdsband än radio. I detta fall visade de optiska och infraröda teleskopen ingenting karakteristiskt på den plats varifrån radiosignalen kom.
Om det verkligen kretsar två täta stjärnor i det området är de antingen ovanligt svaga optiskt, eller så maskerar något deras närvaro effektivt. Dessa svårigheter gör scenariot med två vita dvärgar lockande men fortfarande osäkert. Forskarna betonar att mer data behövs – särskilt långsiktig radioövervakning och djupare observationer i andra delar av strålningsspektrumet.
Varför signalen plötsligt försvann
Ur kompakta stjärnors teoriperspektiv är den plötsliga tystnaden det svåraste problemet att lösa. Forskarteam vid olika universitet arbetar med två huvudsakliga tolkningar. Den första är att ASKAP J1424 har naturliga aktivitetscykler – ibland aktiv i radiobandet, sedan tyst under långa perioder.
Den andra möjligheten är att emissionen drivs av ett inflöde av materia från ett angränsande objekt eller omgivning, och att detta inflöde plötsligt upphörde. I det första fallet skulle objektet likna en blinkande magnetar som bara sänder kraftiga radiostrålar under begränsade tidsperioder. I det andra fallet liknar det mer en maskin som fått slut på bränsle: när materialflödet minskade eller upphörde, slocknade radion.
Utan att signalen återvänder är det svårt att avgöra vilket av dessa scenario som ligger närmast sanningen. Därför läggs stor vikt vid långsiktig övervakning av det aktuella himmelssegmentet. Forskarna hoppas att ASKAP J1424 åter ska höra av sig och ge ny data.
Det här fallet illustrerar hur dramatiskt astronomernas syn på himlen förändras. I decennier fokuserade vetenskapen framför allt på stabila stjärnor, galaxer och klassiska supernovor. Nu växer medvetenheten om att oerhört mycket händer även på tidsskalor av minuter och timmar – man behöver bara rätt verktyg för att lägga märke till det.
Vad ASKAP J1424 berättar om den föränderliga himlen
Långperiodiska radiotransienter kan visa sig utgöra en tämligen talrik population av objekt. Om ASKAP och liknande instrument börjar registrera dem regelbundet, får astrofysikerna en helt ny uppsättning exempel att studera processer kopplade till extrema magnetfält och tät materia.
Dessa typer av källor är också ett viktigt test för teorier som beskriver stjärnornas utveckling. Forskarna måste kontrollera huruvida nuvarande modeller ens tillåter existensen av objekt som har mycket starka magnetfält, sänder regelbundna och ordnade radiopulser, är aktiva under bara några dagar och sedan tystnar helt, och i princip inte avslöjar sig i andra delar av spektrumet.
Om de befintliga teorierna inte kan beskriva sådana parametrar måste fysikerna antingen utvidga dem eller till och med föreslå en ny klass av kompakta objekt. Institutioner som CSIRO och de universitet som deltar i EMU-programmet arbetar intensivt med att samla fler observationer.
Även om ASKAP J1424 verkar avlägset från vardagen påverkar sådana fenomen verkligen vår förståelse av universum. Studiet av neutronstjärnor och vita dvärgar gör det möjligt att verifiera fysikens lagar under förhållanden som är omöjliga att efterlikna i jordiska laboratorier – vid tätheter och magnetfält miljoner gånger större än vad vi känner från jordens omgivning.
Ju mer vi vet om dessa extrema objekt, desto bättre kan vi förutsäga hur materia beter sig i gränssituationer: från planeters inre till supernovaexplosioner och kollisioner mellan kompakta stjärnor som sänder gravitationsvågor registrerade av detektorer på jorden. ASKAP J1424 påminner också om hur viktigt det är att bygga snabba överblicksteleskop – tack vare dem kan vi fånga mystiska signaler i det ögonblick de pågår, innan den kosmiska fyren åter tystnar på obestämd tid.
