NASA-teleskoper finder nye spor om mystiske dybe rumsignaler

Hvad forårsager mystiske udbrud af radiobølger fra det dybe rum? Astronomer kan være et skridt tættere på at give ét svar på det spørgsmål. To NASA røntgenteleskoper observerede for nylig en af ​​sådanne hændelser - kendt som et hurtigt radioudbrud - kun minutter før og efter det fandt sted. Denne hidtil usete opfattelse sætter videnskabsfolk på vej til bedre at forstå disse ekstreme radiobegivenheder.

Mens de kun varer i en brøkdel af et sekund, kan hurtige radioudbrud frigive omtrent lige så meget energi, som solen gør på et år. Deres lys danner også en laserlignende stråle, der adskiller dem fra mere kaotiske kosmiske eksplosioner.

Fordi udbruddene er så korte, er det ofte svært at finde ud af, hvor de kommer fra. Før 2020 stammede dem, der blev sporet til deres kilde, uden for vores egen galakse - for langt væk til, at astronomer kan se, hvad der skabte dem. Så brød et hurtigt radioudbrud ud i Jordens hjemmegalakse, der stammede fra et ekstremt tæt objekt kaldet en magnetar – de kollapsede rester af en eksploderet stjerne.

I oktober 2022 producerede den samme magnetar - kaldet SGR 1935+2154 - endnu et hurtigt radioudbrud, denne studeret i detaljer af NASA's NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) på den internationale rumstation og NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) i lav Jordens kredsløb.

Teleskoperne observerede magnetaren i timevis og fik et glimt af, hvad der skete på overfladen af ​​kildeobjektet og i dets umiddelbare omgivelser før og efter det hurtige radioudbrud. Resultaterne, beskrevet i en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature , er et eksempel på, hvordan NASA-teleskoper kan arbejde sammen om at observere og følge op på kortvarige begivenheder i kosmos.

Udbruddet opstod mellem to "glitches", da magnetaren pludselig begyndte at dreje hurtigere. SGR 1935+2154 anslås at være omkring 12 miles (20 kilometer) på tværs og dreje omkring 3,2 gange i sekundet, hvilket betyder, at dens overflade bevægede sig med omkring 7.000 mph (11.000 km/t). At sænke farten eller fremskynde den ville kræve en betydelig mængde energi.

Det er grunden til, at undersøgelsesforfattere blev overraskede over at se, at magnetaren mellem fejlene bremsede ned til mindre end dens hastighed før fejl på kun ni timer, eller omkring 100 gange hurtigere, end der nogensinde er blevet observeret i en magnetar.

"Typisk, når der opstår fejl, tager det magnetar uger eller måneder at komme tilbage til sin normale hastighed," sagde Chin-Ping Hu, en astrofysiker ved National Changhua University of Education i Taiwan og hovedforfatter af den nye undersøgelse. "Så tydeligt sker der ting med disse objekter på meget kortere tidsskalaer, end vi tidligere troede, og det kan være relateret til, hvor hurtige radioudbrud genereres."

Spincyklus

Når de forsøger at sammensætte præcis, hvordan magnetarer producerer hurtige radioudbrud, har videnskabsmænd en masse variabler at overveje.

For eksempel er magnetarer (som er en type neutronstjerne) så tætte, at en teskefuld af deres materiale ville veje omkring en milliard tons på Jorden. En så høj tæthed betyder også en stærk tyngdekraft:En skumfidus, der falder ned på en typisk neutronstjerne, ville ramme med kraften fra en tidlig atombombe.

Den stærke tyngdekraft betyder, at overfladen af ​​en magnetar er et flygtigt sted, der regelmæssigt frigiver udbrud af røntgenstråler og lys med højere energi. Før det hurtige radioudbrud, der fandt sted i 2022, begyndte magnetaren at frigive udbrud af røntgenstråler og gammastråler (endnu mere energiske bølgelængder af lys), som blev observeret i det perifere syn af højenergirumteleskoper. Denne stigning i aktivitet fik missionsoperatørerne til at pege NICER og NuSTAR direkte på magnetaren.

"Alle de røntgenudbrud, der skete før denne fejl, ville i princippet have haft nok energi til at skabe et hurtigt radioudbrud, men det gjorde de ikke," sagde studiemedforfatter Zorawar Wadiasingh, en forsker ved University of Maryland, College Park og NASAs Goddard Space Flight Center. "Så det ser ud til, at noget ændrede sig i løbet af opbremsningsperioden, hvilket skabte det rigtige sæt betingelser."

Hvad kunne der ellers være sket med SGR 1935+2154 for at producere et hurtigt radioudbrud? En faktor kan være, at det ydre af en magnetar er fast, og den høje tæthed knuser det indre til en tilstand, der kaldes en superfluid. Af og til kan de to komme ud af sync, som vand der skvulper rundt inde i en snurrende fiskeskål. Når dette sker, kan væsken levere energi til skorpen. Avisforfatterne mener, at det sandsynligvis er det, der forårsagede begge fejl, der førte til det hurtige radioudbrud.

Hvis den første fejl forårsagede en revne i magnetarens overflade, kunne den have frigivet materiale fra stjernens indre ud i rummet som et vulkanudbrud. Tab af masse får roterende genstande til at bremse, så forskerne tror, ​​at dette kan forklare magnetarens hurtige deceleration.

Men efter kun at have observeret én af disse begivenheder i realtid, kan holdet stadig ikke sige med sikkerhed, hvilke af disse faktorer (eller andre, såsom magnetarens kraftige magnetfelt) der kan føre til produktionen af ​​et hurtigt radioudbrud. Nogle er muligvis slet ikke forbundet til burst.

"Vi har utvivlsomt observeret noget vigtigt for vores forståelse af hurtige radioudbrud," sagde George Younes, en forsker ved Goddard og medlem af NICER videnskabsteamet med speciale i magnetarer. "Men jeg tror, ​​vi stadig har brug for meget mere data for at fuldende mysteriet."

Flere oplysninger: Chin-Ping Hu, Hurtige spinændringer omkring et magnetar hurtigt radioudbrud, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-07012-5. www.nature.com/articles/s41586-023-07012-5

Journaloplysninger: Natur

Leveret af NASA