Et kosmisk ur, der stoppede uden varsel
Radioteleskoper opfangede et objekt, der fungerede som et præcist kosmisk ur — minutiøst nøjagtigt og fuldstændig uforklarligt. Efter otte dages perfekt regelmæssighed forstummede det pludseligt og efterlod astronomerne med en lang række ubesvarede spørgsmål.
Fænomenet kendt som ASKAP J1424 er et af de mest gådefulde radiosignaler i nyere tid. Et australsk radioteleskop registrerede en kilde, der udsendte impulser med matematisk præcision hvert 36. minut — og som derefter stoppede lige så brat, som det var begyndt. Forskere forsøger nu at forstå, hvad der kan ligge bag denne adfærd, og om der er tale om en helt ny type kosmisk objekt.
Lignende fænomener udfordrer eksisterende modeller for døde stjerner og kompakte objekter. Forskere fra flere institutioner analyserer dataene og fremsætter forskellige hypoteser — fra ekstremt magnetiske neutronstjerner til binære systemer af hvide dværge. Ingen af teorierne forklarer dog fuldt ud alle de observerede egenskaber ved denne mystiske kilde.
Kosmisk fyrtårn aktivt i præcis otte dage
Objektet ASKAP J1424 dukkede første gang op i data fra radioteleskopsystemet Australian SKA Pathfinder under et rutinemæssigt himmelovervågningsprogram. Dette teleskop består af snesevis af antenner spredt ud over den australske ørken og er konstrueret til hurtigt at afsøge store dele af himlen. Dets vigtigste fordel er evnen til regelmæssigt at vende tilbage til de samme positioner og dermed registrere kortvarige fænomener.
Signalet var kendetegnet ved en bemærkelsesværdig regelmæssighed. Hvert 2147 sekunder — svarende til omtrent 36 minutter — ankom en ny radioimpuls med næsten urværkspræcision. Denne adfærd varede i cirka otte dage, hvor astronomerne registrerede snesevis af på hinanden følgende impulser. Derefter ophørte emissionen fuldstændigt, uden nogen gradvis reduktion i intensitet.
Teleskoper, der overvåger dette område af himlen, registrerer nu absolut ingenting på den pågældende position. Hverken i radiobåndet, synligt lys eller infrarødt spektrum er der nogen som helst aktivitet at spore. Det er, som om kilden simpelthen slukkede og holdt op med at eksistere. Forskere fra adskillige observatorier fortsætter overvågningen af området i håb om, at signalet vender tilbage.
Langperiodiske radiotransienter som en ny klasse objekter
De seneste år har astronomerne i stigende grad registreret objekter, der blinker i radiospektret med perioder, der adskiller sig markant fra klassiske pulsarer. Dermed er begrebet langperiodiske radiotransienter opstået — kilder, der tændes og slukkes med intervaller målt i minutter eller timer. Disse objekter udgør en alvorlig udfordring for traditionelle astrofysiske modeller.
Klassiske pulsarer er hurtigt roterende neutronstjerner med perioder fra brøkdele af et sekund til et par sekunder. En neutronstjerne med en diameter på omkring tyve kilometer kan rotere hundredvis af gange i sekundet og udsende regelmæssige radioimpulser. ASKAP J1424 med sin 36-minutters cyklus passer slet ikke ind i dette billede og antyder eksistensen af en helt anderledes mekanisme.
De karakteristiske egenskaber ved ASKAP J1424 omfatter:
- En emissionsperiode på cirka 36 minutter — mere end tusind gange længere end hos millisekundpulsarer
- En aktivitetsperiode på omkring otte dage med kontinuerlige, stabile impulser
- Fravær af en synlig modpart i det optiske og infrarøde spektrum
- Et fuldt polariseret radiosignal, der indikerer et kraftigt magnetfelt
- Brat ophør af emissionen uden gradvis aftagen
- Ingen detektion efter afslutningen af den aktive fase
Disse egenskaber tilsammen antyder, at der enten er tale om en ekstremt atypisk neutronstjerne eller en helt anden type kompakt objekt. Forskere fra University of Sydney og andre institutioner analyserer alle tilgængelige muligheder.
Hvad kan generere en så langsom og regelmæssig rytme
Forskerne overvejer primært to hovedscenarier, der kan forklare den observerede adfærd. Den første mulighed er en neutronstjerne med et usædvanligt kraftigt magnetfelt, der roterer betydeligt langsommere end almindelige pulsarer. Sådanne objekter kaldes magnetarer og kan have felter, der er størrelsesordener stærkere end hos standardneutronstjerner. Den anden hypotese involverer en hvid dværg med et usædvanligt intenst magnetfelt.
Hvide dværge er udbrændte kerner fra stjerner lignende Solen, komprimeret til Jordens størrelse. Normalt har de ikke tilstrækkeligt kraftige magnetfelter til at generere intens radioemission, men undtagelser er blevet observeret. Hvis en hvid dværg i et binært system opsamler stof fra sin ledsager, kunne der opstå betingelser for radioemission.
Begge modeller forklarer delvist den lange periode og den energirige radioemission, men hver af dem har alvorlige mangler, når det kommer til den pludselige afbrydelse af signalet. Forskere fra Curtin University i Australien hælder til hypotesen om et binært system, mens andre foretrækker modellen med en ultralangsomtroterende neutronstjerne med en kompleks magnetosfære.
Et fuldt polariseret signal afslører ekstreme forhold
Nøglen til at forstå gåden ligger i selve karakteren af den opfangede radiobølge. ASKAP J1424 udsender et fuldt polariseret signal, hvilket betyder, at oscillationerne i det elektromagnetiske felt er meget stærkt ordnede. Et sådant polariseringsniveau forekommer kun i omgivelser med ekstremt kraftige og velordnede magnetfelter.
Den fulde polarisering af emissionen indikerer tilstedeværelsen af et meget organiseret og kraftigt magnetfelt samt plasma under forhold, der sjældent opstår uden for indflydelsessfæren fra ekstreme objekter som neutronstjerner eller tætte dobbeltstjerner. Under observationerne ses en overgang mellem elliptisk og lineær polarisering, hvilket antyder en kompleks struktur af feltlinjerne.
Denne polariseringsændring tyder på, at signalet opstår i et område, hvor magnetfeltlinjerne har en kompliceret geometri, og hvor radiobølgen passerer gennem et medium med varierende egenskaber. Forskere fra CSIRO, den australske videnskabsorganisation, der driver ASKAP, anvendte præcis polariseringsanalyse til at rekonstruere den sandsynlige konfiguration af kildens magnetfelt.
Fraværet af et synligt spor komplicerer identifikationen
Det er særligt frustrerende for astronomerne, at der ikke findes nogen modpart i andre dele af spektret. Optiske teleskoper — herunder Gemini-systemet på Hawaii — viser ingen tydelig kandidat på den position, hvorfra signalet kom. Infrarøde billeder fra rumteleskoper udviser heller ikke noget usædvanligt.
Hvis ASKAP J1424 var en almindelig stjerne eller en lys hvid dværg, burde der i det mindste være et svagt spor synligt. Tavsheden i de øvrige spektralbånd antyder et meget kompakt system med lav lysstyrke, hvori størstedelen af energien netop undslipper i radiobåndet. Lignende adfærd er blevet observeret hos visse magnetarer, men aldrig med en så lang periode.
Forskerne anvendte også røntgenobservatorier, men heller ikke de registrerede noget signal fra det pågældende område. Dette fravær af en multispektral modpart vanskeliggør i høj grad bestemmelsen af objektets præcise natur og afstand. Astronomerne kan foreløbig kun anslå, at ASKAP J1424 befinder sig i vores galakse, Mælkevejen.
Hvorfor et sådant signal ændrer synet på universets dynamik
I årtier koncentrerede radioastronomi sig primært om stabile kilder som galakser, supernovalevn eller kvasarer. Først de seneste år, med en ny generation af instrumenter, viser det sig, hvor dynamisk himlen faktisk er i radiobåndet. Projektet EMU, inden for hvis rammer ASKAP J1424 blev opdaget, fokuserer netop på flygtige kilder.
Signaler som ASKAP J1424 indikerer eksistensen af en hel population af objekter, der blinker på tidsskalaer af dage, timer eller minutter. De dukker op, udsender en serie impulser og tier derefter i en ubestemt periode. Traditionelle observationskampagner rettet mod lange eksponeringer af ét område overså dem nemt. Moderne teleskoper som ASKAP eller det fremtidige Square Kilometre Array er ved at ændre denne tilgang.
Forskerne anslår, at der kan findes tusindvis af lignende objekter i galaksen, men at de fleste forbliver uopdagede på grund af deres forbigående natur. Hvert nyt fund af denne type bidrager til forståelsen af, hvordan stjerneliv slutter, og hvad mellemstadierne er mellem aktive objekter og fuldstændig udbrændte rester.
Den mest fascinerende hypotese involverer to hvide dværge
Det team, der analyserer dataene, har foreslået et af de mest interessante scenarier: ASKAP J1424 kan være et tæt binært system, hvori to hvide dværge kredser om hinanden. Hver af dem er en udbrændt kerne fra en tidligere solignende stjerne, komprimeret til Jordens størrelse med en massefylde på tons pr. kubikcentimeter.
I scenariet med to hvide dværge gennemtrænger de magnetiske felter fra begge komponenter konstant hinanden. Når systemet når en bestemt orbital konfiguration, lukker feltlinjerne sig på en specifik måde, og der opstår intens radioemission. Når den indbyrdes position ændres, slukker objektet igen. Denne hypotese forklarer impulsernes regelmæssighed som en orbital periode.
Lignende systemer med hvide dværge er eksempelvis blevet observeret i tilfældet med objektet AR Scorpii, som også udviser pulserende adfærd i både radio- og optisk spektrum. AR Scorpii har dog en langt kortere periode på omkring to minutter og er synlig i det optiske spektrum — i modsætning til ASKAP J1424.
Venter på en genopvågning eller nye lignende objekter
De kommende år vil byde på en kapløb mellem tålmodighed og tekniske muligheder. Astronomerne planlægger regelmæssige afsøgninger af det samme område med radioteleskoperne ASKAP og MeerKAT i Sydafrika. Sideløbende foretages observationer i andre spektralbånd for at opfange selv det svageste optiske spor.
Forskerne gennemgår også arkivdata fra forskellige himmeloversigter for at undersøge, om lignende signaler tidligere er blevet registreret men overset som støj eller fejl. Moderne algoritmer baseret på maskinlæring gør det muligt effektivt at analysere enorme datasæt og lede efter mønstre svarende til ASKAP J1424. Adskillige kandidater er allerede identificeret og afventer bekræftelse.
Hvis ASKAP J1424 aktiveres igen, vil en ny serie impulser gøre det muligt at kontrollere, om dets rytme har ændret sig. Selv små ændringer i perioden eller impulsformen kan afsløre, om det skyldes rotationen af et enkelt objekt, eller en orbital dans mellem to stjerner. Sådanne oplysninger ville markant indsnævre de mulige scenarier og bringe astronomerne tættere på et endeligt svar om dette gådefulde objekts natur.
