Et kosmisk ur der stoppede uden varsel
Radioteleskoper fangede et objekt, der opførte sig som et præcisionsuhr med sekunds nøjagtighed – indtil dets emissioner uden advarsel ophørte fuldstændigt. Forskere søger nu en forklaring på en af de mest gådefulde radioobservationer i nyere tid.
Det australske radioteleskop ASKAP registrerede for nylig et signal, der gentog sig med bemærkelsesværdig regelmæssighed hvert 36. minut. Objektet, som astronomerne døbte ASKAP J1424, udsendte sine impulser i cirka otte dage, hvorefter aktiviteten ophørte lige så brat, som den begyndte. Ingen gradvis aftagen, intet langsomt fade – blot en øjeblikkelig forsvinden fra radiospektret.
Hvorfor signalet kun varede otte dage og derefter forsvandt sporløst
Denne type fænomen udfordrer de nuværende modeller for udviklingen af kompakte objekter. Klassiske pulsarer – hurtigt roterende neutronstjerner – har perioder i størrelsesordenen millisekunder til sekunder. ASKAP J1424 med sin cyklus på 2147 sekunder passer slet ikke ind i den kategori. Forskere fra flere observatorier forsøger derfor at afgøre, om der er tale om en ekstremt langsomt roterende neutronstjerne, en hvid dværg med usædvanligt stærkt magnetfelt, eller en helt ny type objekt.
De oprindelige data stammer fra EMU-projektet, som bruger Australian SKA Pathfinder til systematisk overvågning af store himmelområder. Denne tilgang gør det muligt at opdage forbigående fænomener, som klassisk dybdeafbildning af ét punkt sandsynligvis ville have overset. Uden gentagen scanning ville ASKAP J1424 aldrig være blevet opdaget.
Forskerne fokuserede på objektets aktivitetsperiode og forsøgte at fastslå, hvad der kunne have forårsaget dets pludselige tavshed. I løbet af de otte observationsdage udsendte kilden radioimpulser med næsten identisk periode – tidsintervallerne afveg kun med brøkdele af sekunder. En sådan stabilitet peger på et roterende kompakt objekt med et meget stærkt og velordnet magnetfelt.
Efterfølgende overvågning med både radio- og optiske teleskoper, herunder Gemini-observatoriet, gav intet positivt resultat. Der findes ingen tydelig optisk modpart på det sted, hvorfra signalet kom. Infrarøde observationer viste heller intet usædvanligt, hvilket tyder på, at størstedelen af energien undslipper netop i radiobåndet, mens objektet forbliver praktisk talt usynligt i andre dele af spektret.
Forskere fra Curtin University og University of Sydney hældte til hypotesen om en neutronstjerne med ultralang periode, men ifølge gængse modeller burde dens rotation om sin egen akse være langt hurtigere. En hvid dværg ville teoretisk set kunne rotere langsommere, men at generere et så intenst radiosignal ville kræve et ekstremt stærkt magnetfelt af en type, der normalt ikke observeres hos denne objektklasse.
Hvad radiosignalet fra ASKAP J1424 kan fortælle os
Et afgørende kendetegn ved signalet er dets fulde polarisering. Det betyder, at de elektromagnetiske bølger svinger i en stærkt organiseret retning – noget der kun forekommer i miljøer med et ekstraordinært kraftigt og struktureret magnetfelt. I løbet af de otte observationsdage registrerede forskerne overgange mellem elliptisk og lineær polarisering, hvilket antyder en kompleks struktur af magnetiske kraftlinjer omkring kilden.
En analyse af impulsformen afslørede yderligere noget interessant. Hver impuls varede omtrent samme tid og havde en konsistent intensitetsprofil. Denne regelmæssighed minder om klassiske pulsarers adfærd, men på en langt længere tidsskala. Forskere fra CSIRO sammenlignede ASKAP J1424 med andre langperiodiske kilder som magnetarer eller ultralange transienter, men fandt ingen perfekt overensstemmelse.
ASKAP-radioteleskopet består af 36 antenner spredt over det vestlige Australien, og dets brede synsfelt giver det mulighed for at kortlægge store himmelområder på kort tid. Det er netop denne evne til gentagne gange at vende tilbage til de samme himmelregioner, der hjalp med at identificere ASKAP J1424 under dets aktive fase.
De karakteristiske egenskaber ved ASKAP J1424 omfatter:
- En emissionsperiode på 2147 sekunder, svarende til næsten 36 minutter
- En aktiv fase på cirka otte dage
- Fuldt polariseret radiosignal
- Ingen optisk eller infrarød modpart
- Overgange mellem forskellige polarisationstyper under de enkelte impulser
- Pludseligt ophør af emissionen uden gradvis aftagen
- Stabil impulsform gennem hele den observerbare periode
En ny kategori af objekter: langperiodiske radiotransienter
I de seneste år støder astronomer stadig oftere på kilder, der opfører sig anderledes end kendte pulsarer. Disse objekter udsender impulser med intervaller målt i minutter til timer frem for sekunder eller millisekunder. Derfor er begrebet langperiodiske radiotransienter opstået som en samlebetegnelse for en hel gruppe gådefulde kilder.
Klassiske neutronstjerner har rotationsperioder fra brøkdele af sekunder til adskillige sekunder. En typisk millisekund-pulsar fuldfører en omdrejning på en tusindedel af et sekund, mens langsommere eksemplarer roterer på få sekunder. ASKAP J1424 med sin 36-minutters cyklus befinder sig langt uden for standardmodellernes grænser.
Forskere antager, at langperiodiske transienter enten kan repræsentere ekstremt langsomme neutronstjerner eller en helt anden population af kompakte objekter. Blandt andre kendte eksempler i denne kategori finder vi objekter som GCRT J1745 og GPM J1839, der også udviser usædvanligt lange perioder og forbigående aktivitet.
Hvilke hypoteser kan forklare ASKAP J1424s adfærd
Forskningsteamet offentliggjorde i et fagtidsskrift flere mulige forklaringer. Den første hypotese arbejder med en ultralangsamt roterende neutronstjerne med et ekstremt stærkt magnetfelt. Et sådant objekt ville teoretisk set kunne generere radioimpulser selv ved en periode på adskillige minutter, forudsat at dets magnetiske poler er tilstrækkeligt stærke og korrekt orienterede.
Det andet scenarie involverer en hvid dværg med et usædvanligt stærkt magnetfelt, der roterer langsommere end de fleste kendte hvide dværge. Denne model forklarer den lange periode, men har problemer med mængden af energi frigivet i radiobåndet. Almindelige hvide dværge er ikke i stand til at producere så intense radiosignaler.
Mest fascinerende er den tredje mulighed: et tæt dobbeltstjernesystem bestående af to hvide dværge. I dette tilfælde kunne begge objekters magnetfelter interagere med hinanden og ved en bestemt orbital konfiguration generere kraftig radioemission. En ændring i deres indbyrdes position ville så føre til, at signalet blev “slukket”.
Astronomer fra University of Melbourne overvejer også en engangsbegivenhed, hvor objektet opfangede materiale fra sine omgivelser eller fra en ledsagerstjerne. Dette materiale kunne midlertidigt aktivere emissionen, som ville ophøre, når “brændstoffet” var opbrugt. En lignende mekanisme observeres hos visse røntgentransienter, hvor akkretionen af masse udløser midlertidig aktivitet.
Hvad ASKAP J1424 lærer os om radiohimmelens dynamik
I årtier koncentrerede radioastronomien sig primært om stabile kilder som galakser, kvasarer eller supernovarester. Først i de seneste år – med fremkomsten af nye instrumenter som ASKAP, LOFAR og MeerKAT – er det blevet tydeligt, hvor dynamisk radiohimlen faktisk er.
Signaler som ASKAP J1424 beviser 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 ukendt periode. Traditionelle observationskampagner med lange eksponeringer af ét område ville nemt have overset disse objekter.
ASKAP-radioteleskopet fungerer som en hurtig himmelscanner, der regelmæssigt vender tilbage til de samme områder og registrerer ændringer. Denne tilgang minder om trafikovervågning – de fleste objekter er “stadige lys”, men ind imellem dukker der et pludseligt glimt op, det kosmiske ækvivalent til en ambulance med blinklys. Uden bred dækningsevne og høj gentagelsesfrekvens ville ASKAP J1424 sandsynligvis være gået ubemærket hen.
Forskerne planlægger at fortsætte den systematiske overvågning af det område, hvorfra signalet kom. Hvis ASKAP J1424 aktiveres igen, vil en ny serie impulser gøre det muligt at verificere, om perioden har ændret sig. Selv små ændringer i rytme eller impulsform kan afsløre, om der er tale om rotation af ét objekt eller den orbitale dans af to stjerner. Parallelle observationer i optisk og infrarødt spektrum med teleskoper som Gemini eller ESOs europæiske observatorium kunne afsløre en svag visuel modpart.
Hvorfor disse gådefulde signaler er vigtige for astrofysikken
Enhver ny type kompakt objekt forandrer vores forståelse af, hvordan stjerner afslutter deres liv, og hvordan de påvirker det omgivende miljø. ASKAP J1424 og lignende kilder kan bidrage til at præcisere modellerne for gravitationsbølger, type Ia-supernovaer eller fordelingen af tunge grundstoffer i vores galakse. En bedre forståelse af disse kilder kan desuden forbedre kalibreringen af gravitationsbølgedetektorer som LIGO og Virgo.
Disse tilsyneladende eksotiske signaler har en bredere betydning for kosmologi og fysikken bag ekstreme tilstande af stof. Neutronstjerner og hvide dværge repræsenterer laboratorier med betingelser, der ikke kan genskabes på Jorden – densiteter i størrelsesordenen millioner af ton per kubikcentimeter og magnetfelter billioner af gange stærkere end Jordens.
En forståelse af de mekanismer, der muliggør så regelmæssig og samtidig så ekstremt langsom pulsering, kunne afsløre helt nye fysiske processer. Forskere håber, at yderligere observationer med instrumenter som SKA (Square Kilometre Array), der i øjeblikket er under opbygning, vil besvare de spørgsmål, som ASKAP J1424 har rejst. Når SKA er fuldt funktionsdygtigt, vil dets følsomhed være hundrede gange større end nuværende instrumenters, hvilket vil gøre det muligt at detektere selv meget svage og fjerne transienter.
ASKAP J1424 minder os om, at selv i en æra med kraftfulde teleskoper støder vi stadig på fænomener, der ikke passer ind i færdige skemaer. Det er netop sådanne “ubehagelige” signaler, der ofte fører til en revurdering af gamle teorier og udviklingen af nye instrumenter. Tænk på det som en kosmisk kriminalroman, hvor hvert nyt bevis hjælper med at samle brikkerne i universets store puslespil.
