Et kosmisk fyrtårn, der pludselig gik tavs
En ny kilde til radiobølger opførte sig som et fyrtårn i rummet – signalet vendte tilbage med præcise mellemrum og forsvandt derefter fuldstændigt. Astronomer undersøger nu, om der er tale om en usædvanlig død stjerne, eller om fænomenet slet ikke lader sig navngive med eksisterende begreber.
ASKAP J1424 overraskede astrofysikere verden over med sin adfærd. I otte dage udsendte objektet stabile radioimpulser hvert 36. minut – og forstummede derefter uden varsel. Forskerne kæmper med at forstå, hvad der egentlig foregår.
Radioteleskopet Australian SKA Pathfinder i Australien registrerede under en observationskampagne over flere uger en serie impulser, der optrådte hvert 2.147 sekund. Så regelmæssige signaler minder om et kosmisk ur, der pludseligt holder op med at tikke.
Forskerne betegner ASKAP J1424 som et nyt medlem af en gruppe mystiske radiokilder med lang periode. Disse objekter dukker op i kort tid og forsvinder igen uden at efterlade spor i andre dele af det elektromagnetiske spektrum. Studiet af sådanne fænomener giver fysikere mulighed for at afprøve naturens love under betingelser, der er umulige at genskabe i jordbaserede laboratorier.
Hvad er langtidsperiodiske radiotransienter
I de seneste år har astronomer beskrevet en gruppe objekter, der ikke lyser kontinuerligt, men dukker kortvarigt op på himlen og forsvinder igen. Inden for radioastronomi kaldes denne familie langtidsperiodiske transienter. I modsætning til kendte pulsarer, der blinker tusindvis af gange i sekundet, måles rytmen her i minutter eller timer.
Forskere fra universiteter og forskningsinstitutioner antager, at forskellige typer kompakte objekter kan stå bag disse fænomener. Neutronstjerner med ekstremt stærke magnetfelter – såkaldte magnetarer – er blandt de primære kandidater. En anden mulighed er hvide dværge med intense magnetfelter, som er opstået som udbrændte rester af stjerner.
ASKAP J1424 passer perfekt ind i denne gruppe hvad angår periodelængden, men dens specifikke egenskaber lader sig ikke let indpasse i eksisterende modeller. Forskere fra den australske organisation CSIRO siger det direkte: det er endnu en brik i et puslespil, hvor mange fragmenter stadig mangler.
Nogle forslag inkluderer sjældne dobbeltstjernesystemer, hvor to kompakte objekter påvirker hinanden kraftigt. Sådanne konfigurationer kan skabe komplekse magnetfeltstrukturer og generere periodiske radioimpulser. Netop kombinationen af rotation og kredsløb kan forklare de observerede tidsintervaller.
En stabil emission, der pludselig ophørte
Regelmæssigheden i signalet fra ASKAP J1424 imponerer selv erfarne radioastronomer. Hver impuls havde lignende form, lysstyrke og varighed. Intet tydede på, at objektet var ved at gå ustabilt ud. Rent fysisk svarer en sådan profil bedst til et hurtigt roterende, meget tæt legeme – eksempelvis en neutronstjerne 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 teori. Forskerne registrerede følgende nøglekarakteristika:
- Impulser gentog sig præcist hvert 2.147 sekund
- Emissionen var hundrede procent polariseret
- Overgange mellem elliptisk og lineær polarisering
- Ingen gradvis intensitetsreduktion før signalet forsvandt
- Fuldstændig fravær af et optisk eller infrarødt modstykke
- Perfekt tidsmæssig stabilitet gennem hele den aktive fase
Dataanalysen viste, at radioemissionen fra ASKAP J1424 er fuldt polariseret. I praksis betyder det, at radiobølgerne svinger i en ordnet retning – ikke tilfældigt. Astronomerne observerede desuden overgange mellem elliptisk og lineær polarisering.
En sådan signatur ses kun i miljøer med et meget ordnet og stærkt magnetfelt – i nærheden af kompakte objekter, hvor stof og stråling danser i takt med magnetfeltets linjer. Med andre ord er ASKAP J1424 sandsynligvis hverken en almindelig stjerne eller en klassisk radiokilde.
Sådan finder ASKAP sådanne fænomener
Radioteleskopet ASKAP tilhører den australske videnskabsorganisation CSIRO. Det blev bl.a. bygget til hurtigt og hyppigt at scanne store områder af himlen. Det er en fundamentalt anderledes tilgang end traditionelle radioteleskoper, der i lang tid stirrer på ét lille hjørne af universet.
Inden for programmet EMU gennemser astronomer regelmæssigt himlen og leder efter kortvarige signaler. ASKAP optager hele serier af radiobilleder med korte tidsintervaller. Det gør det muligt at opdage kilder, der kun er til stede i få dage eller timer. ASKAP J1424 er et klassisk eksempel på dette – uden et tæt observationsnetværk ville det være gået ubemærket hen.
Efter den første registrering trådte yderligere instrumenter til. Den australske interferometer ATCA gjorde det muligt at undersøge radioemissionens form og polarisering mere detaljeret. Teleskopet Gemini observerede det pågældende himmelafsnit i det infrarøde spektrum og søgte efter en stjernekilde svarende til ASKAP J1424.
Ingen af disse forsøg frembragte en klar og letfortolkelig plet i andre dele af spektret. Fraværet af et optisk og infrarødt signal er blevet en af historiens største gåder. Det komplicerer identifikationen af objekttypen og tvinger forskerne til at overveje alternative forklaringer.
Scenariet med to hvide dværge
Det mest seriøse forslag fra forskerholdet antager, at ASKAP J1424 er et system bestående af to hvide dværge. Det er tætte, udbrændte stjernerester – ofte på størrelse med Jorden, men med en masse svarende til Solens. Hvis to sådanne objekter kredser tæt om hinanden, kan deres magnetfelter danne komplekse strukturer.
I denne model kan periodelængden på 36 minutter svare til rotationsperioden for en af komponenterne, parrets kredsløbstid, eller en kombination af begge bevægelser – hvor emissionen kun aktiveres ved en bestemt geometrisk opstilling. Denne tilgang giver mulighed for at forklare tre centrale egenskaber: regelmæssighed, lang tidsskala og den høje polariseringsgrad.
Et spørgsmål hænger dog stadig i luften: Hvorfor er der intet synligt i det optiske eller infrarøde spektrum, der minder om et system af to tætte stjerner? Dobbelt-systemer med hvide dværge er kendte og kan normalt registreres i andre båndbrede end radio. I dette tilfælde viste optiske og infrarøde teleskoper intet karakteristisk ved det sted, hvorfra radiosignalet kom.
Hvis to tætte stjerner virkelig kredser i dette område, er de enten ekstremt svagt synlige, eller noget skjuler effektivt deres tilstedeværelse. Disse vanskeligheder gør scenariet med to hvide dværge tiltalende, men stadig usikkert. Forskerne understreger, at der er brug for yderligere data – særlig langsigtet radioovervågning og dybere observationer i andre strålingsbånd.
Hvorfor signalet pludselig forsvandt
Fra kompaktstjerneteoriens perspektiv er den pludselige tavsnhed det mest besværlige problem. De to primære fortolkninger, som forskerhold fra forskellige universiteter arbejder med, ser således ud. ASKAP J1424 har naturlige aktivitetscyklusser – til tider er det højlydt i radiobåndet, og i lange perioder forbliver det dæmpet.
Den anden mulighed er, at emissionen udløses af tilstrømning af stof fra et naboobjekt eller omgivelserne, og at denne tilstrømning pludselig ophørte. I det første scenarie ville objektet minde om en blinkende magnetar, der kun aktiverer stærke radiostråler i begrænsede tidsperioder. I det andet scenarie ligner det mere en maskine, der løber tør for brændstof: da strømmen af stof svandt eller ophørte, slukkede radioen.
Uden at signalet vender tilbage er det svært at afgøre, hvilken beskrivelse der er tættest på sandheden. Derfor lægges der stor vægt på langsigtet overvågning af dette himmelafsnit. Forskerne håber, at ASKAP J1424 igen giver lyd fra sig og leverer nye data.
Denne sag illustrerer, hvor markant astronomernes syn på himlen er ved at ændre sig. I årtier fokuserede videnskabsfolk primært på stabile stjerner, galakser og klassiske supernovaer. Nu vokser bevidstheden om, at der også sker rigtig meget på skalaen minutter og timer – man skal bare have de rette instrumenter for at bemærke det.
Hvad ASKAP J1424 fortæller os om en foranderlig himmel
Langtidsperiodiske radiotransienter kan vise sig at udgøre en ganske talrig population af objekter. Hvis ASKAP og lignende instrumenter begynder at registrere dem regelmæssigt, får astrofysikere et helt nyt sæt prøver til at studere processer forbundet med ekstreme magnetfelter og tæt stof.
Disse typer kilder er også vigtige prøvesten for teorier, der beskriver stjernernes udvikling. Forskerne skal verificere, om nuværende modeller overhovedet tillader eksistensen af objekter, der har meget stærke magnetfelter, udsender regelmæssige ordnede radioimpulser, er aktive i blot få dage og derefter tier fuldstændigt, og næsten ikke afslører sig i andre dele af spektret.
Hvis de nuværende teorier ikke kan beskrive sådanne parametre, vil fysikere være nødt til at udvide dem eller endda foreslå en ny klasse af kompakte objekter. Institutioner som CSIRO og de universiteter, der er involveret i EMU-programmet, arbejder intensivt på at indsamle et større antal observationer.
Selv om ASKAP J1424 virker fjernt fra hverdagens bekymringer, påvirker sådanne fænomener reelt vores forståelse af det univers, vi lever i. Studiet af neutronstjerner og hvide dværge gør det muligt at afprøve fysikkens love under forhold, der ikke kan efterlignes i jordbaserede laboratorier – ved tætheder og magnetfelter millioner af gange større end alt, vi kender fra Jordens nærhed.
Jo mere vi ved om disse ekstreme objekter, desto bedre kan vi forudsige stoffets opførsel under grænsevilkår: fra planeters indre over supernovaeksplosioner til sammenstød af kompakte stjerner, der udsender gravitationsbølger registreret af detektorer på Jorden. ASKAP J1424 er også en påmindelse om, hvor afgørende det er at bygge hurtige oversigtteleskoper – kun takket være dem kan man fange mystiske signaler i det øjeblik, de eksisterer, inden det kosmiske fyrtårn igen tier i ubestemt tid.
