Et kosmisk fyrtårn, der sendte præcise pulser — og så forsvandt
En ny og besynderlig kilde til radiobølger opførte sig som et kosmisk fyrtårn: signalet vendte tilbage hvert 36. minut og forsvandt derefter fuldstændigt. Astronomer forsøger nu at forstå, om der er tale om en usædvanlig død stjerne — eller noget, vi endnu ikke har et navn til.
ASKAP J1424 chokerede astrofysikere verden over. Under en observationskampagne på flere uger registrerede et radioteleskop i Australien en serie impulser, der dukkede op med nøjagtigt 2.147 sekunders mellemrum. Forskerne leder nu efter en forklaring på, hvorfor det så regelmæssige signal pludselig ophørte helt.
Sådanne opdagelser ændrer vores syn på et dynamisk univers. I årtier fokuserede astronomer primært på stabile stjerner, galakser og klassiske supernovaer. Nu vokser bevidstheden om, at der sker meget interessant selv på tidsskalaer af minutter og timer — man skal blot have de rette instrumenter til at opdage det.
Objektet blinkkede som et ur — og stoppede pludseligt
ASKAP J1424 er betegnelsen for en radiokilde opdaget ved hjælp af radioteleskopet Australian SKA Pathfinder i Australien. Anlægget tilhører den australske videnskabsorganisation CSIRO og blev bl.a. bygget til hurtigt og hyppigt at scanne store dele af himlen. Det er en helt anden tilgang end traditionelle radioteleskoper, der kigger længe på ét lille udsnit ad gangen.
I omtrent otte dage opførte ASKAP J1424 sig som et mønstergyldigt kosmisk “sekundvisur” — impulserne var stabile, gentagne og næsten identiske. Hver puls havde lignende form, lysstyrke og varighed. Intet tydede på, at objektet var ved at dø ud på ustabil vis.
Derefter skete noget fuldstændigt uventet. Signalet slukkede fra den ene dag til den anden. Det aftog ikke gradvist og ændrede ikke rytme — det holdt simpelthen op med at dukke op. Siden da venter radioteleskoperne stille på, at den mystiske kilde melder sig igen. Forskere fra programmet EMU gennemgår jævnligt himlen og leder efter kortvarige signaler.
En ny klasse af kosmiske “forsvindere” i radiobølger
I en årrække har astronomer beskrevet en gruppe objekter, der ikke lyser konstant, men dukker op på himlen kortvarigt og derefter forsvinder. Inden for radiobølger kaldes denne familie for langtidsperiodiske transiente fænomener. I modsætning til kendte pulsarer, der blinker tusindvis af gange i sekundet, måles rytmen her i minutter eller timer.
Forskerne mistænker, at sådanne fænomener bl.a. kan skyldes følgende objekter:
- neutronsstjerner med ekstremt stærke magnetfelter, kaldet magnetarer
- små, meget tætte stjerner — såkaldte hvide dværge — med intense magnetfelter
- sjældne dobbeltstjernesystemer, hvor to kompakte objekter påvirker hinanden kraftigt
- komplekse systemer med tilstrømning af stof fra omgivelserne
ASKAP J1424 passer perfekt ind i denne gruppe hvad angår periodelængden, men dens særlige egenskaber lader sig ikke nemt indpasse i eksisterende modeller. Forskerne siger det direkte: det er endnu et brik i et puslespil, hvor mange stykker mangler. Radioteleskopet ATCA hjalp med at undersøge formen på radioemissionen og dens polarisation nærmere.
De kosmiske ur, der trak sit eget batteri ud
Regelmæssigheden i signalet fra ASKAP J1424 imponerer selv erfarne radioastronomer. Ud fra et fysisk synspunkt svarer en sådan profil bedst til et hurtigt roterende, meget tæt legeme — eksempelvis en neutronsstjerne eller en hvid dværg. Normalt fungerer sådanne “kosmiske ure” i årevis.
Her står vi over for et paradoks: stabil emission kombineret med en meget kortvarig aktivitetsepisode. Denne kombination af egenskaber er svær at forklare med én enkel fortælling. Astronomer benytter forskelligt udstyr til at løse gåden — teleskopet Gemini observerede dette himmelstykke i infrarødt lys og ledte efter en stjernelig modpart til ASKAP J1424.
Ingen af disse forsøg gav et klart, let fortolkeligt “aftryk” i andre dele af spektret. Fraværet af et optisk og infrarødt signal er blevet en af de største gåder i hele sagen. Det leder forskerne til den konklusion, at der enten er tale om et ekstremt svagt objekt, eller at noget effektivt maskerer dets tilstedeværelse.
Et hundrede procent polariseret signal — hvad betyder det?
Dataanalysen viste, at radioemissionen fra ASKAP J1424 er fuldstændigt polariseret. I praksis betyder det, at radiobølgerne har ordnede svingninger — deres “retning” er ikke tilfældig. Astronomer observerer desuden overgange mellem elliptisk og lineær polarisation.
En sådan signatur ses kun i omgivelser med et meget ordnet og stærkt magnetfelt — i nærheden af kompakte objekter, hvor stof og stråling “danser” i takt med magnetfeltets kraftlinjer. Med andre ord er ASKAP J1424 sandsynligvis hverken en almindelig stjerne eller en klassisk radiokilde.
Signalet peger på ekstreme fysiske forhold og en specialiseret emissionsmekanisme. Det styrkede formodningen om, at en død stjerne eller et system bestående af to meget tætte stjerner er involveret. Forskere fra University of Sydney og andre institutioner arbejder på mere detaljerede modeller af sådanne systemer.
Er to hvide dværge ansvarlige?
Forskningsholmets mest tungtvejende forslag går ud på, at ASKAP J1424 er et system bestående af to hvide dværge. Det er tætte, udbrændte stjernrester, ofte på størrelse med Jorden, men med en masse svarende til Solens. Hvis to sådanne objekter kredser tæt om hinanden, kan deres magnetfelter danne en kompliceret struktur.
I denne model kunne en periode på 36 minutter svare til:
- rotationsperioden for en af komponenterne
- kredsløbstiden for parret af hvide dværge
- en kombination af begge bevægelser — når emissionen kun tændes ved en bestemt geometrisk konfiguration
- cyklusser af stoftilstrømning mellem objekterne i det tætte dobbeltstjernesystem
Denne tilgang giver mulighed for at forklare tre centrale egenskaber: regelmæssigheden, den lange tidsskala og den høje polarisationsgrad. Spørgsmålet er dog stadig, hvorfor der i synligt lys og infrarødt lys ikke ses noget, der minder om et system af to tætte stjerner.
Hvis to tætte stjerner virkelig kredser i dette område, er de enten ekstremt svage optisk, eller noget skjuler effektivt deres tilstedeværelse. Disse vanskeligheder gør scenariet med de to hvide dværge tiltrækkende, men fortsat usikkert. Forskerne understreger, at der er behov for yderligere data — især langsigtet radioovervågning og dybere observationer i andre strålingsbånd.
Det sværeste spørgsmål — hvad slukkede emissionen?
Set fra teorien om kompakte stjerner er den pludselige afbrydelse af signalet det mest brændende problem. De to primære fortolkninger, som forskerholdene arbejder med, ser således ud. Enten har ASKAP J1424 naturlige aktivitetscyklusser — til tider aktiv i radio og derefter inaktiv i lange perioder. Eller emissionen udløses af stoftilstrømning fra et nabobjekt eller omgivelserne, og denne tilstrømning standsede brat.
I den første variant ville objektet minde om en “blinkende” magnetar, der kun udsender stærke radiopulser i begrænsede tidsperioder. I den anden ligner det mere en maskine, der løb tør for brændstof: da strømmen af stof aftog eller forsvandt, slukkede radiosignalet også. Uden signalet vender tilbage er det vanskeligt at afgøre, hvilken beskrivelse der er tættest på sandheden.
Derfor lægges der stor vægt på langsigtet overvågning af dette stykke himmel. Langtidsperiodiske transiente fænomener kan vise sig at udgøre en hel og ret talrig population af objekter. Hvis ASKAP og lignende instrumenter begynder at registrere dem regelmæssigt, får astrofysikere et helt nyt sæt “prøver” at studere processer forbundet med ekstreme magnetfelter og tæt stof.
Hvad fortæller ASKAP J1424 os om nye opdagelser?
Sådanne fund er også en vigtig prøve for teorier, der beskriver stjernernes udvikling. Forskerne skal verificere, om de nuværende modeller overhovedet tillader eksistensen af objekter med meget stærke magnetfelter, der udsender regelmæssige, ordnede radioimpulser, kun er aktive i få dage, derefter forstummer helt og praktisk talt ikke røber sig i andre dele af spektret.
Hvis de aktuelle teorier ikke kan beskrive sådanne parametre, vil fysikerne være nødt til at udvide dem eller ligefrem foreslå en ny klasse af kompakte objekter. Jo mere vi ved om disse ekstreme objekter, desto bedre kan vi forudsige stoffets adfærd under ekstreme forhold — fra planeternes indre over supernova-eksplosioner til sammenstød mellem kompakte stjerner, der udsender gravitationsbølger fanget af detektorer på Jorden.
For dem, der følger teknologiudviklingen, er ASKAP J1424 også en påmindelse om, hvor vigtig opbygningen af hurtige, “oversigts”-teleskoper er blevet. Takket være dem kan vi registrere kortvarige, mystiske signaler og fange dem i det øjeblik, de varer — inden et kosmisk fyrtårn som ASKAP J1424 atter forstummer, vi ved ikke for hvor længe. Spørgsmålet er, om dette mærkelige objekt nogensinde melder sig igen — eller om det for altid forbliver tavst.
