Ett kosmiskt fyrtorn som sände i exakt takt – och sedan försvann
En ny och gåtfull källa till radiovågor betedde sig som ett fyrtorn i rymden – signalen återkom var 36:e minut och försvann sedan helt. Astronomer världen över försöker nu förstå om det rör sig om en ovanlig död stjärna, eller något som vetenskapen ännu inte har ett namn för.
ASKAP J1424 fångade astrofysikers uppmärksamhet genom sitt märkliga uppträdande. Den mystiska radiokällan sände stabila signaler i ungefär åtta dagar, varefter den plötsligt tystnade. Forskare som använde det australiensiska radioteleskopet ASKAP registrerade en serie pulser som uppträdde med exakt 2 147 sekunders mellanrum.
Liknande fenomen pekar mot en ny kategori av kosmiska objekt – sådana som plötsligt lyser upp och sedan försvinner lika snabbt. Radioteleskop inriktade på långsiktig himmelobservation avslöjar allt fler sådana övergående källor. För astronomerna utgör de ovärderligt material för att förstå de extrema fysikaliska förhållanden som råder i universum.
Långperiodiska transienter är objekt som inte sänder kontinuerligt, utan dyker upp på himlen bara under korta perioder. Till skillnad från kända pulsarer, som blinkar tusentals gånger per sekund, rör det sig här om rytmer i storleksordningen minuter eller timmar. ASKAP J1424 passar in i denna kategori vad gäller periodens längd, men dess specifika egenskaper låter sig inte enkelt inordnas i befintliga modeller.
Objektet som tickade som ett urverk och sedan plötsligt stannade
ASKAP J1424 är beteckningen på en radiokälla som upptäcktes med hjälp av teleskopet Australian SKA Pathfinder i Australien. Under en observationskampanj som pågick i flera veckor registrerade instrumentet en serie pulser var exakt 2 147:e sekund – ungefär var 36:e minut. Under cirka åtta dagar betedde sig ASKAP J1424 som ett perfekt kosmiskt urverk: pulserna var stabila, upprepningsbara och närmast identiska.
Sedan hände något helt oväntat. Signalen slocknade från en sekund till en annan. Den försvagades inte gradvis och ändrade inte sin rytm – den upphörde helt enkelt. Sedan dess väntar radioteleskopen i tystnad på att den mystiska källan ska höras av igen. Ett sådant beteende är en enorm utmaning för astrofysikerna.
Ur ett fysikaliskt perspektiv passar en sådan profil bäst in på ett snabbt roterande, mycket tätt objekt – exempelvis en neutronsstjärna eller en vit dvärg. Vanligtvis fungerar sådana ”kosmiska klockor” i årtionden. Här står vi inför en paradox: stabil emission kombinerat med ett extremt kort aktivitetsfönster. Den kombinationen av egenskaper är svår att förklara med ett enda enkelt scenario.
En ny klass av kosmiska radiokällor
Under de senaste åren har astronomer beskrivit en grupp objekt som kallas långperiodiska transienter. Forskare misstänker att bakom sådana fenomen kan dölja sig olika typer av kompakta stjärnor med extrema egenskaper. Forskargrupper vid universitet runt om i världen samlar in data som ska bidra till att klassificera dessa objekt.
Enligt experterna kan de observerade signalerna ha sitt ursprung i:
- neutronsstjärnor med extremt starka magnetfält, så kallade magnetarer
- små, mycket täta vita dvärgar med intensiva magnetfält
- sällsynta dubbelstjärnesystem där två kompakta objekt interagerar kraftigt
- kombinerade systems av rotation och omloppsbana som skapar en specifik geometri
- okända typer av kompakta objekt med hittills obeskrivna egenskaper
- övergångsfaser i stjärnevolutionen under extrema förhållanden
ASKAP J1424 passar utmärkt in i denna grupp vad gäller periodens längd, men dess säregna egenskaper låter sig inte enkelt inpassas i de befintliga modellerna. Forskarna är raka på sak: det är ytterligare en pusselbit i ett pussel där många bitar fortfarande saknas.
En fullständigt polariserad signal avslöjar extrema förhållanden
Dataanalysen visade att radioemissionen från ASKAP J1424 är fullständigt polariserad. I praktiken innebär det att radiovågorna har en ordnad svängningsriktning – deras ”orientering” är inte slumpmässig. Astronomerna observerade även övergångar mellan elliptisk och linjär polarisation. En sådan signatur uppstår enbart i miljöer med ett mycket ordnat och starkt magnetfält.
Detta fenomen uppträder i närheten av kompakta objekt, där materia och strålning ”dansar” i takt med magnetfältslinjerna. Med andra ord är ASKAP J1424 knappast en vanlig stjärna eller en klassisk radiokälla. Signalen pekar på extrema fysikaliska förhållanden och en specialiserad emissionsmekanism.
Det stärkte misstanken om att en död stjärna eller ett system bestående av två mycket täta stjärnor är inblandat. Signalens regelbundenhet imponerade även på erfarna radioastronomer. Varje puls hade liknande form, ljusstyrka och varaktighet. Ingenting tydde på att objektet instabilt höll på att ”slockna”.
Hur ASKAP spårar flyktiga källor på himlen
Radioteleskopet ASKAP tillhör den australiensiska vetenskapsorganisationen CSIRO. Det byggdes bland annat för att snabbt och ofta skanna stora delar av himlen. Det är ett helt annat tillvägagångssätt än hos traditionella radioteleskop, som länge stirrar på ett litet fragment av himlavalvet. Inom programmet EMU genomsöker astronomer regelbundet himlen och letar efter kortlivade signaler.
ASKAP registrerar hela serier av radiobilder med korta tidsintervall. Tack vare det kan källor som bara syns under några dagar eller timmar avslöjas. ASKAP J1424 är ett typiskt ”fynd” från en sådan strategi – utan ett tätt observationsnät hade det passerat ouppmärksammat. Det australiensiska interferometret ATCA möjliggjorde en mer detaljerad undersökning av radioemissionens form och polarisation.
Teleskopet Gemini observerade det aktuella området av himlen i infrarött ljus och sökte efter en stjärnmotsvarighet till 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 berättelsen, och försvårar avsevärt identifieringen av objektet.
Kan två vita dvärgar ligga bakom?
Forskarteamets mest framträdande hypotes är att ASKAP J1424 är ett system bestående av två vita dvärgar. Det rör sig om täta, utbrända stjärnrester, ofta jordstora men med en massa jämförbar med solens. Om två sådana objekt kretsar nära varandra kan deras magnetfält skapa en komplex struktur. I den modellen skulle perioden på 36 minuter kunna motsvara rotationsperioden hos en av komponenterna, eller omloppstiden för det vita dvärg-paret.
Det tillvägagångssättet gör det möjligt att förklara tre nyckelegenskaper: regelbundenheten, den långa tidsskalan och den höga polarisationsgraden hos signalen. Ändå kvarstår frågan varför ingenting synligt i optiskt eller infrarött ljus påminner om ett system med två täta stjärnor. Dubbelstjärnesystem med vita dvärgar är välkända och brukar vanligtvis kunna registreras i andra spektralband än radio.
I det här fallet visade optiska och infraröda teleskop ingenting karakteristiskt på den plats varifrån radiosignalen kom. Om två täta stjärnor verkligen kretsar i det området är de antingen ovanligt svaga optiskt, eller så maskeras deras närvaro av något. Dessa svårigheter gör scenariot med två vita dvärgar lockande men fortfarande osäkert.
Forskarna understryker att ytterligare data behövs – framför allt långsiktig radiolyssning och djupare observationer i andra spektralband. Utan att signalen återvänder är det svårt att avgöra vilken bild som ligger närmast sanningen.
Den svåraste frågan – vad stängde av emissionen?
Ur kompaktstjärneteorins perspektiv är den plötsliga signalstängningen det mest förbryllande. De två huvudsakliga tolkningarna som forskarteamen arbetar med ser ut på följande sätt. Antingen har ASKAP J1424 naturliga aktivitetscykler – ibland hörs det starkt i radio, och sedan förblir det sovande under långa perioder. Eller så drivs emissionen av ett inflöde av materia från ett angränsande objekt eller omgivningen, och detta inflöde upphörde plötsligt.
I det första alternativet skulle objektet kunna likna en ”blinkande” magnetar som utlöser starka radiostrålar enbart under begränsade tidsintervall. I det andra alternativet skulle det snarare likna en maskin som fått slut på bränsle: när matieriaflödet försvagades eller upphörde, slocknade även radion. Därför läggs stor vikt vid långsiktig övervakning av det aktuella himmelsfragmentet.
Historien om ASKAP J1424 visar hur dramatiskt astronomernas syn på himlen förändras. I decennier koncentrerade forskarna sig framför allt på stabila stjärnor, galaxer och klassiska supernovor. Nu växer medvetenheten om att det på tidsskalor av minuter och timmar händer väldigt mycket – det krävs bara rätt verktyg för att märka det. Långperiodiska transienter kan visa sig vara en hela tämligen talrik population av objekt.
Vad berättar ASKAP J1424 om den dynamiska himlen?
Om ASKAP och liknande instrument börjar registrera dessa källor regelbundet, får astrofysiker en helt ny uppsättning ”prover” för att studera processer kopplade till extrema magnetfält och tät materia. Den här typen av källor utgör också ett viktigt test för teorier som beskriver stjärnevolution. Forskarna måste kontrollera om befintliga modeller överhuvudtaget tillåter existensen av objekt med mycket starka magnetfält.
Sådana objekt sänder regelbundna, ordnade radioimpulser, är aktiva bara under några dagar och tystnar sedan helt. Dessutom avslöjar de sig praktiskt taget inte i andra delar av spektrumet. Om dagens teorier inte kan beskriva sådana parametrar måste fysikerna antingen utvidga dem eller till och med föreslå en ny klass av kompakta objekt.
Även om ASKAP J1424 verkar avlägset från vardagliga angelägenheter påverkar sådana fenomen verkligen vår förståelse av det universum vi lever i. Studiet av neutronsstjärnor och vita dvärgar gör det möjligt att testa fysikens lagar under förhållanden som inte kan reproduceras i jordiska laboratorier – vid tätheter och magnetfält miljontals gånger starkare än något vi känner till i jordens omgivning. Ju mer vi vet om den här typen av extrema objekt, desto bättre kan vi förutsäga materias beteende i gränssituationer: från planeters inre till supernovaexplosioner och 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 är att bygga snabba, panoramaöverblickande teleskop. Tack vare dem kan vi fånga kortlivade mystiska signaler i det ögonblick de pågår – innan ett kosmiskt fyrtorn som ASKAP J1424 återigen tystnar för en okänd tid framöver.
