En radiosignal med perfekt tajming – och sedan plötslig tystnad

En extremt märklig radiosignal har fångats upp i Australien, och den beter sig som ett exakt kosmiskt ur – tills den plötsligt blir helt tyst.

Ett internationellt team av astronomer har upptäckt ett objekt som i veckor utsände kraftfulla, pulserande radiosignaler var trettiosexte minut, varefter det försvann helt från sikte. Det gåtfulla objektet, som har döpts till ASKAP J1424, passar inte in i någon känd kategori av stjärnor eller svarta hål – och tvingar forskarna att omvärdera vad som egentligen är ”tyst” och ”aktivt” i universum.

Vad som exakt observerades: en signal var 2 147:e sekund

ASKAP J1424 upptäcktes med hjälp av Australian SKA Pathfinder (ASKAP), ett stort nätverk av radioteleskop i västra Australien. Under en genomsökning av himlen dök en stark radiosignal plötsligt upp med häpnadsväckande regelbundenhet – exakt var 2 147:e sekund, vilket motsvarar ungefär var trettiosexte minut.

Denna rytm höll sig stabil i flera dagar. Varje cykel såg nästan identisk ut, som om någon hade ställt in ett stoppur på kosmisk skala. Därefter upphörde signalen fullständigt – utan förvarning.

Objektet fungerade i dagar som ett felfritt kosmiskt ur, och försvann sedan ögonblickligen – utan efterklang, utan gradvis avtagande.

Just denna kombination av stabilitet och abrupt tystnad är särskilt svår att förklara för astronomer. Kända periodiska källor som pulsarer – roterande neutronstjärnor – uppvisar typiskt små variationer eller en mätbar utveckling över tid. ASKAP J1424 verkar däremot växla direkt mellan ”på” och ”av”.

En ny familj av ’långsamma’ radiosignaler

Transienta radiosignaler med lång period

De senaste åren har en ny kategori av fenomen trätt fram: så kallade transienta radiokällor med lång period. Det handlar om objekt som utsänder radiostrålning på tidsskalor av minuter till timmar – i motsats till klassiska pulsarer som opererar på millisekunder.

ASKAP J1424 passar rytmiskt in i denna nya grupp, men detaljerna gör fallet ovanligt. Två huvudscenarier finns på bordet:

En extremt magnetisk neutronstjärna, jämförbar med en magnetar
En kompakt och starkt magnetiserad vit dvärg

Båda typerna av stjärnor kan generera radiostrålning via intensiva magnetfält. Men den exakta tajmingen, varaktigheten av utbrotten och det abrupta avslutet stämmer ännu inte överens med de befintliga modellerna.

Ingen optisk eller infraröd motsvarighet

Normalt finns ett synligt eller infrarött objekt kopplat till en sådan radiosignal – en stjärna, en restnebulosa eller ett kompakt system. Med bland annat Gemini-teleskopet har man sökt efter en svag källa i andra våglängder, men inget övertygande har dykt upp.

Frånvaron av ”ljus” vid sidan av radioblixtarna pekar på ett extremt kompakt och energirikt system som nästan inte utsänder strålning utanför radioområdet – eller som är så fördunklade att det försvinner i bakgrundsbruset.

En signal som är fullständigt polariserad

Vad polarisation avslöjar om objektets omgivning

Ett av de mest anmärkningsvärda dragen hos ASKAP J1424 är att radiosignalen är nästan fullständigt polariserad. Det innebär att radiovågornas svängriktning är ordnad, vilket pekar på starka och exakt orienterade magnetfält.

Forskarna observerar en övergång mellan elliptisk och linjär polarisation. Detta mönster är karakteristiskt för omgivningar där laddade partiklar rör sig längs magnetiska fältlinjer och utsänder radiostrålning på vägen. Sådana förhållanden uppstår i närheten av:

Neutronstjärnor med extremt starka magnetfält
Vita dvärgar i täta dubbelstjärnsystem
Ackretionsskivor runt kompakta objekt

Den fulla polarisationen bekräftar att ASKAP J1424 befinner sig i ett extremt och starkt ordnat magnetfält – långt från ”normal” stjärnfysik.

Det gör en vardaglig förklaring – som interferens från en satellit eller jordbaserad elektronik – i stort sett omöjlig. Signaturen passar tydligt till en astrofysisk källa.

Så spårar ASKAP upp dessa ’spökkällor’

Brett synfält och upprepade mätningar

ASKAP är konstruerat för att snabbt och upprepade gånger skanna stora delar av himlen. Med tiotals parabolantenner och avancerade mottagare kan instrumentet samla in enorma mängder data på kort tid – precis vad som krävs för att fånga källor som dyker upp och försvinner igen.

I undersökningen körde ASKAP regelbundet över samma himmelsområde inom EMU-programmet (Evolutionary Map of the Universe). I dessa data stack ASKAP J1424:s strikt periodiska pulssekvens ut. Utan kombinationen av brett synfält och hög upprepningsfrekvens hade signalen lätt förbisetts.

ASKAP skannar stora delar av himlen på kort tid
Samma regioner återbesöks regelbundet
Mjukvara identifierar avvikande, tillfälliga källor

Efter den första detektionen följde uppföljande mätningar med andra radioteleskop, däribland ATCA (Australia Telescope Compact Array), för att bestämma källans form och struktur mer exakt.

En möjlig förklaring: två kompakta stjärnor i dans

Scenariot med ett dubbelstjärnsystem av vita dvärgar

Den mest utvecklade hypotesen involverar en binär kombination av två vita dvärgar. Det är kompakta reststjärnor, ungefär på storlek med jorden, men med en massa som kan jämföras med solens. När två sådana objekt kretsar tätt om varandra kan deras magnetfält bli ”sammanflätade”.

I detta scenario skulle radiosignalen lysa upp när stjärnorna befinner sig i en viss position i förhållande till varandra och till jorden. Den långa perioden på 36 minuter motsvarar då omloppstiden eller en multipel därav. Modellen förklarar också:

Den stabila upprepningstiden för pulserna
Den höga graden av polarisation
Den relativt långa varaktigheten av varje puls jämfört med klassiska pulsarer

Ändå kvarstår en fråga: Varför ser vi så lite i andra våglängder, när ett aktivt dubbelstjärnsystem normalt också ger sig tillkänna optiskt eller i infrarött?

Varför källan plötsligt ’mörknade’

Det mest intrigerande öppna spörsmålet är det abrupta avslutet. Möjliga förklaringar som forskarna överväger:

Systemet har naturliga aktiva och tysta faser – till exempel som följd av förändringar i magnetfältet eller rotationen.
Radiostrålningen är kopplad till en tillfällig tillförsel av materia. När detta ”bränsle” tar slut upphör processen.

I båda fallen krävs någon form av instabilt magnetiskt eller ackretionsbeteende som ännu inte beskrivs väl av befintliga modeller. Endast om ASKAP J1424 eller ett liknande objekt återobserveras kan det avgöras om källan lever i faser – eller om vi har bevittnat ett enstaka fenomen.

Vad detta berättar om vår syn på en ’lugn’ himmel

Från statisk stjärnhimmel till dynamisk kosmisk scen

I årtionden koncentrerade sig astronomer på ljusstarka, stabila objekt: stjärnor, galaxer, kvasarer. Med moderna, känsliga och snabba radioteleskop visar sig bilden mycket mer dynamisk. Överallt blossar kortvariga fenomen upp: snabba radioblixtar, långsamma transienter, instabila dubbelstjärnsystem.

ASKAP J1424 demonstrerar att det sannolikt finns en hel population av sådana ”kosmiska ur” som hittills har gått obemärkt förbi. Endast instrument som återbesöker himlen tillräckligt ofta kan börja avslöja dem.

Det som nu framstår som ett märkligt undantag kan om några år visa sig vara prototypen för en helt ny klass av himlakroppar.

Vad betyder termer som neutronstjärna och vit dvärg på vanlig svenska?

Neutronstjärna: en supernova-kärna på storlek som en stad

En neutronstjärna uppstår när en tung stjärna exploderar som supernova vid slutet av sitt liv. Kärnan komprimeras till en kula med en diameter på bara ett par tiotal kilometer, men med en massa som närmar sig solens. Materien inuti är så tät att en tesked skulle väga tiotusentals miljarder ton. Sådana objekt roterar ofta med våldsam hastighet och besitter extrema magnetfält.

Vit dvärg: det kompakta skelettet av en solliknande stjärna

En vit dvärg är slutfasen för en stjärna som vår sol. Efter att ha stött bort sina yttre lager återstår en varm kärna, ungefär på storlek med jorden. Stjärnan är ”död” i den meningen att kärnfusion inte längre sker – men den kan glöda under mycket lång tid och under rätt omständigheter framstå som aktiv igen, till exempel i ett dubbelstjärnsystem.

När två vita dvärgar befinner sig nära varandra kan de under miljoner år pressa varandra mot en kollision eller fusion. Det kan leda till en supernova – men redan i upptakten kan de magnetiska växelverkningarna ge upphov till alla möjliga exotiska fenomen, som de gåtfulla radiopulserna som nu kopplas till ASKAP J1424.

Under de kommande åren förväntar sig astronomer att ASKAP – tillsammans med framtida teleskop som Square Kilometre Array – kommer att avslöja fler och fler av dessa dolda, tillfälliga signaler. För alla med intresse för rymdforskning och kosmologi innebär det en ström av nya, ibland förvirrande, men just därför spännande gåtor om vad som gömmer sig i universums till synes mörka hörn.