Kosmisk radio exploderar på en överraskande plats i rymden – Raumfahrer.net

Lokalisera en återkommande källa till radioskurar i den närliggande galaxen M81. Ett pressmeddelande från Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn.

Källa: Max Planck Institute for Radio Astronomy.

Källan till mystiska radiosignaler: En artists återgivning av en radiostrålningsskur som äger rum i en klotformig klunga, ett system av gamla stjärnor nära spiralgalaxen Messier 81 (M81). (Bild: Daniëlle Futselaar/ASTRON (artsource.nl))

23 februari 2022 – Astronomer har överraskats av en källa till mystiska skurar av radiostrålning på himlen, kallade snabba radioskurar, på det närmaste någonsin från jorden. Precisionsmätningar med radioteleskop har avslöjat att utbrotten har sitt ursprung i en klothop, ett system av gamla stjärnor, på sätt som ingen förväntat sig. Med sitt ursprung i den närliggande spiralgalaxen M81, representerar den den närmaste källan för radioskurar till jorden.

Resultaten från ett internationellt team av forskare, inklusive Ramesh Karuppusamy och Uwe Bach från Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, presenteras denna vecka i två artiklar i tidskrifterna Nature och Nature Astronomy.

Snabba radioskurar (FRB) är oförutsägbara, extremt kortvariga ljusblixtar från rymden. Sedan upptäckten 2007 har astronomer kämpat för att förstå det. Hittills har de bara hittats med radioteleskop i radiodelen av spektrumet.

Var och en av dessa radioskurar varar bara ungefär en tusendels sekund. Varje blixt avger dock lika mycket energi som solen avger på en hel dag. Hundratals av dessa radioskurar avfyras varje dag och har redan observerats över himlen. De flesta är belägna långt från jorden, i galaxer miljarder ljusår bort.

I två artiklar som kommer att publiceras parallellt denna vecka i tidskrifterna Nature och Nature Astronomy presenterar ett internationellt team av astronomer observationer som tar forskarna ett steg närmare att lösa mysteriet – samtidigt som de öppnar nya mysterier. Teamet leds av Franz Kirsten (Chalmers University, Sverige och ASTRON, Nederländerna) och Kenzie Nimmo (ASTRON och University of Amsterdam).

Forskare satte sig för att göra högprecisionsmätningar av en källa av repetitiva blixtar som upptäcktes i januari 2020 i stjärnbilden Ursa Major, Ursa Major.

”Vi ville leta efter ledtrådar om ursprunget till utbrotten. Genom att använda många radioteleskop samtidigt kan vi lokalisera källan på himlen med extrem precision. Detta ger oss möjlighet att avgöra hur den lokala miljön för en snabb radiosändning ser ut”, säger Franz Kirsten.

Nära men överraskande läge
Genom att analysera sina mätningar upptäckte astronomerna att de upprepade radioskurarna kom från en plats som ingen hade förväntat sig.

De spårade utbrotten till utkanten av den närliggande spiralgalaxen Messier 81 (M 81), cirka 12 miljoner ljusår bort. Denna upptäckt representerar den närmaste källan till snabba radioemissionsskurar hittills.

Det kom ytterligare en överraskning. Positionen sammanföll exakt med en klothop, en tät samling mycket gamla stjärnor.

”Det är häpnadsväckande att hitta snabba skurar av radiostrålning i ett klotformigt kluster. Det här är en plats i rymden där du bara hittar gamla stjärnor. Längre ut i universum har sådana utbrott hittats på platser där stjärnorna är mycket yngre”, säger Kenzie Nimmo.

”Liken mellan explosionen och emissionen av vissa pulsarer i vår galax tar oss in på bekant territorium, men gör det också klart att föregångarna till explosionen kan vara väldigt olika. Detta är verkligen ett incitament för att lokalisera och karakterisera fler sådana radioskurar”, tillägger Ramesh Karuppusamy (Max Planck Institute for Radio Astronomy, MPIfR), en medförfattare till studien.

Många snabba skurar av radiostrålning har hittats runt unga, massiva stjärnor som är mycket större än solen. Stjärnexplosioner är vanliga på dessa platser och lämnar efter sig mycket magnetiserade rester.

Ett antal forskare har kommit att tro att snabba radioskurar kan härröra från föremål som kallas magnetarer. Magneter är extremt täta rester av exploderade stjärnor som representerar de starkaste kända magneterna i universum.

”Vi förväntar oss att magnetarer är ljusa och unga objekt och definitivt inte från en miljö av gamla stjärnor. Så om det vi ser verkligen är en magnetar, kan den inte ha skapats av explosionen av en ung stjärna. Det måste finnas ett annat sätt, säger Jason Hessels (Universitetet i Amsterdam och ASTRON), en annan medlem av forskargruppen.

Forskare tror att källan till radioskurarna är något som har förutspåtts men aldrig setts förut: en magnetar som bildades när en vit dvärg hade samlat tillräckligt med massa för att kollapsa under sin egen vikt.

”Konstiga saker händer under miljarder år av livet för en tät stjärnhop. Vi tror att vi tittar på en stjärna med en ovanlig historia, säger Franz Kirsten.

Vanliga stjärnor som solen åldras med tiden och förvandlas till små, täta, ljusa föremål som kallas vita dvärgar. Många stjärnor i stjärnhopen lever tillsammans i binära stjärnsystem. Av de tiotusentals stjärnorna i klustret kommer några få så nära att den ena stjärnan plockar upp material från den andra.

”Detta kan leda till ett scenario som kallas för den tekniska termen ’accretion-induced collaps'”, förklarar Kirsten.

Effelsbergs radioobservatorium med MPIfR:s 100 m radioteleskop. Teleskopet användes samtidigt för pulsarobservationer med PSRIX-dataregistreringssystemet och VLBI-Observationer som används som en del av EVN:s radioteleskopnätverk. (Bild: Norbert Tacken/MPIfR)

”Om en av de vita dvärgarna plockar upp tillräckligt med extra massa från sin följeslagare kan den förvandlas till en ännu tätare stjärna, kallad neutronstjärna. Det är en sällsynt händelse, men i en klunga av gamla stjärnor skulle det vara det enklaste sättet att generera snabba skurar av radioutstrålning, säger teammedlemmen Mohit Bhardwaj från McGill University i Kanada.

Den snabbaste någonsin
På jakt efter fler ledtrådar genom att öka sin datavolym hittade astronomerna en annan överraskning: några av blixtarna var till och med kortare än de hade förväntat sig.

”Radioskurarna förändrades i ljusstyrka på bara några tiotals nanosekunder. Det säger oss att de måste komma från en liten volym i rymden, mindre än en fotbollsplan och kanske bara några tiotals meter i diameter, säger Kenzie Nimmo.

Liknande ultrakorta signaler har också observerats från ett av de mest kända objekten på himlen, pulsaren i krabbnebulosan. Det är en liten, tät rest av en supernovaexplosion som observerades från jorden 1054 e.Kr. i konstellationen Oxen. Både magnetarer och pulsarer är olika typer av neutronstjärnor och är därför extremt täta objekt med solens massa i en volym lika stor som en stad som uppvisar starka magnetfält.

”En del av signalerna vi mätte är korta och extremt starka, precis som vissa signaler från Krebs-pulsaren. Detta tyder på att vi verkligen ser en magnetar, om än på en plats där inga magnetarer har hittats tidigare, säger Kenzie Nimmo.

Framtida observationer av detta och andra system kommer att hjälpa till att avgöra om källan faktiskt är en ovanlig magnetar, eller något annat, som en pulsar med ovanliga egenskaper, eller ett svart hål och tät stjärna i en nära omloppsbana.

”Dessa snabba utbrott av radiostrålning verkar ge oss nya och oväntade insikter om stjärnors liv och död. Om det är sant skulle de, som supernovor, kunna berätta något om stjärnor och deras liv som gäller hela universum, säger Franz Kirsten.

Vidare information
För att studera källan med högsta möjliga upplösning och känslighet kombinerade forskarna teleskopiska mätningar inom ramen för den europeiska VLBInätverk (EVN). Genom att kombinera data från 12 parabolantenner placerade halvvägs runt om i världen (Sverige, Lettland, Nederländerna, Ryssland, Tyskland, Polen, Italien och Kina) kunde de peka ut exakt var på himlen radioskuren har sitt ursprung.

MPIfR:s 100 m radioteleskop, det känsligaste enskilda teleskopet i Europa, användes på två sätt: å ena sidan som en del av EVN-nätverket, å andra sidan tillhandahöll det pulsardata med hög tidsupplösning med PSRIX-dataregistreringssystemet .

”Jag blir alltid glad när data från Effelsberg kan bidra till ett så bra resultat. Precis kl VLBI-Observationer av svaga signaler, involveringen av vårt 100 m teleskop kan vara avgörande, säger Uwe Bach från MPIfR, medförfattare och ansvarig VLBI-Expert vid Effelsbergs radioobservatorium.

EVN-mätningarna kompletterades med data från flera andra radioteleskop, inklusive Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i New Mexico, USA.

publikationer
En repeterande snabb radioburstkälla i ett klotformigt kluster
F Kirsten et al., Nature, 2022.
DOI: 10.1038/s41586-021-04354-w
Bursttidsskalor och ljusstyrkor länkar samman unga pulsarer och snabba radioskurar
K. Nimmo et al., Nature Astronomy, 2022.
DOI: 10.1038/s41550-021-01569-9

Gå med i diskussionen i Raumcon-forumet: