Astronomowie znajdują tajemniczy sygnał radiowy co 36 minut. Naukę czeka zagadka

Naukowcy są zaskoczeni.

Źródło nazwane ASKAP J1424 nie przypomina niczego, co astronomowie znali wcześniej. Zachowuje się zbyt regularnie jak na znane gwiazdy, a jednocześnie zbyt dziwnie jak na typowe układy podwójne. Część badaczy podejrzewa egzotyczny układ z białym karłem, inni mówią wprost: to może być zupełnie nowy typ obiektu w kosmosie.

Co dokładnie wykrył teleskop ASKAP w Australii

ASKAP, czyli Australian SKA Pathfinder, to sieć 36 anten radiowych na pustyni w zachodniej części Australii. Powstał po to, by przeczesać niebo w poszukiwaniu zmiennych i krótkotrwałych źródeł radiowych, których tradycyjne teleskopy często nie wychwytują. W ramach dużego programu EMU (Evolutionary Map of the Universe) naukowcy obserwowali fragment nieba przez dziesięć godzin – i właśnie wtedy w danych wyskoczył szczególny sygnał.

Analiza pokazała, że pochodzi on z punktowego źródła nazwanego ASKAP J1424. Sygnał pojawiał się jak w zegarku, z okresem 36 minut, i utrzymywał się przez osiem kolejnych dni obserwacji. Taki długi okres obrotu jest nietypowy dla znanych „kosmicznych latarni”, czyli pulsarów, które zwykle migają setki razy na sekundę lub co kilka sekund.

Przeczytaj również: Tak może wyglądać Ziemia za 250 mln lat. Francja w zaskakującym miejscu

ASKAP J1424 to długookresowe źródło radiowe, które emituje bardzo stabilne impulsy co 2 147,27 sekundy i pozostaje aktywne przez wiele dni – to zachowanie nie pasuje do standardowych modeli pulsarów.

Wstępne wnioski naukowcy opisali w pracy umieszczonej w serwisie arXiv. Wynik od razu przyciągnął uwagę społeczności astronomicznej, bo podobne obiekty znane są zaledwie w garstce przypadków.

Dlaczego 36‑minutowy puls tak zaskakuje badaczy

ASKAP J1424 wyróżnia się nie tylko długim okresem. Jeszcze ciekawszy jest charakter samego sygnału radiowego. Emisja okazała się skrajnie uporządkowana: w analizowanym zakresie czasu była w praktyce w pełni spolaryzowana. To oznacza, że drgania fali radiowej ustawiają się w konkretnym kierunku, a nie w przypadkowy sposób, jak dzieje się w wielu innych źródłach.

Przeczytaj również: 7 części garderoby, z których złożysz dziesiątki stylowych zestawów

Co więcej, kierunek tej polaryzacji zmienia się w trakcie pojedynczego impulsu: na początku ma charakter eliptyczny, a następnie przechodzi w niemal idealnie liniowy. Taki „obrót” polaryzacji sugeruje, że mamy do czynienia z bardzo uporządkowanym i silnym polem magnetycznym, które steruje emisją na różnych etapach impulsu.

Stuprocentowa polaryzacja w całym impulsie i tak długi okres obrotu wskazują na ekstremalne warunki magnetyczne, trudne do uzyskania w standardowych modelach gwiazd neutronowych.

Drugi problem to brak innego śladu tego obiektu. Astronomowie przejrzeli dostępne obserwacje w świetle widzialnym i w podczerwieni. Nie znaleźli nic, co można by jednoznacznie powiązać z ASKAP J1424. To oznacza, że źródło jest bardzo słabe w tych zakresach lub mocno przesłonięte przez pył międzygwiazdowy.

Przeczytaj również: Fizycy z CERN namierzyli niezwykłą cząstkę cztery razy cięższą od protonu

Co może kryć się za zagadkowym sygnałem

Zespół analizujący dane rozważa kilka możliwych scenariuszy. Każdy z nich ma mocne i słabe strony, a żaden nie wyjaśnia wszystkich obserwowanych cech w sposób całkowicie satysfakcjonujący.

• Pulsar o nietypowo długim okresie – klasyczny kandydat, bo to właśnie pulsary słyną z radiowych impulsów. Okres 36 minut i ekstremalna polaryzacja wymagają jednak bardzo nietypowej ewolucji gwiazdy neutronowej.
• Układ podwójny z białym karłem – według autorów pracy to obecnie najbardziej obiecujący pomysł. Silne pole magnetyczne białego karła może wchodzić w interakcje z wiatrem gwiazdowym towarzysza i tworzyć wiązkę radiową, która co pewien czas omiata Ziemię.
• Jednorazowy „zryw” związany z akrecją – istnieje możliwość, że źródło uaktywniło się na krótko wskutek nagłego napływu plazmy z towarzyszącej gwiazdy. Taki scenariusz oznaczałby, że ASKAP J1424 nie musi pulsować regularnie przez dziesiątki lat.

Hipoteza z białym karłem przyciąga uwagę, bo sugeruje istnienie szerokiej, do tej pory przeoczanej grupy obiektów: układów, w których stosunkowo „spokojne” gwiazdy potrafią generować bardzo silne i uporządkowane emisje radiowe.

Dlaczego brak widocznej gwiazdy tak utrudnia sprawę

Gdy astronomowie trafiają na nowe źródło radiowe, zwykle próbują od razu skojarzyć je z obiektem widocznym w innych długościach fali. Dzięki temu da się oszacować masę, typ gwiazdy i odległość. W przypadku ASKAP J1424 ta metoda zawiodła.

Brak optycznego i podczerwonego odpowiednika ma kilka możliwych przyczyn:

Każdy z tych wariantów wiąże się z innymi konsekwencjami dla fizyki obiektu. Dlatego zespół intensywnie szuka dodatkowych danych, m.in. z teleskopów optycznych o dużej czułości oraz z obserwatoriów pracujących w zakresie promieniowania rentgenowskiego.

Jak ASKAP i projekt EMU zmieniają radiową mapę nieba

ASKAP działa w oparciu o tzw. szerokokątne odbiorniki, które pozwalają na jednoczesne obserwowanie ogromnych fragmentów nieba. To ogromna przewaga nad tradycyjnymi radioteleskopami o wąskim polu widzenia. W ramach projektu EMU astronomowie systematycznie skanują niebo, porównując kolejne obserwacje i wyłapując obiekty pojawiające się i znikające na przestrzeni godzin, dni lub miesięcy.

ASKAP J1424 dołącza do krótkiej listy tzw. long-period radio transients – źródeł, które migają rzadko, ale zaskakująco regularnie. Każdy nowy przykład tej klasy pomaga zbudować szerszy obraz tego, co dzieje się w późnych etapach życia gwiazd i jak wyglądają ekstremalne pola magnetyczne w kosmosie.

Seria takich obiektów sugeruje, że w naszej galaktyce może istnieć cała populacja „leniwych latarni radiowych”, których okresy obrotu liczą się w dziesiątkach minut, a nie w sekundach.

Co dalej z badaniami ASKAP J1424

Astronomowie nie zamierzają zostawić tej zagadki bez odpowiedzi. W planach jest dalszy monitoring źródła w ramach programu VAST (Variables And Slow Transients), który skupia się właśnie na obiektach zmiennych i powoli pulsujących. Druga faza galaktycznego przeglądu VAST ma rozszerzyć zasięg obserwacji i częściej kontrolować regiony szczególnie bogate w źródła radiowe.

Kluczowe pytania na najbliższe lata są trzy:

Odpowiedzi na te pytania zadecydują, czy ASKAP J1424 trafi do istniejącej szufladki, np. „nietypowy biały karzeł w układzie podwójnym”, czy wymusi stworzenie zupełnie nowej kategorii obiektów w podręcznikach astrofizyki.

Co to mówi o granicach naszej wiedzy o kosmosie

Długookresowe źródła radiowe przypominają, że nawet w erze ogromnych przeglądów cyfrowych wciąż gubimy część zjawisk, które są rzadkie albo działają w rytmie niepasującym do dotychczasowych strategii obserwacji. Jeśli teleskop patrzy na dany fragment nieba tylko przez kilka minut, nie ma szans wyłapać obiektu migającego raz na pół godziny.

ASKAP i podobne instrumenty zmieniają to podejście. Dłuższe „patrzenie” w jeden obszar nieba, wysoka czułość i automatyczna analiza polaryzacji sygnałów pozwalają wychwycić obiekty, które jeszcze dekadę temu po prostu by się ukryły w szumie. To z kolei oznacza, że nasz obraz ewolucji gwiazd, układów podwójnych i pól magnetycznych w kosmosie może się w najbliższych latach mocno przeorganizować.

Dla przeciętnego obserwatora nieba ASKAP J1424 pozostaje niewidoczny – nie da się go zobaczyć przez amatorski teleskop. Ale jego istnienie uświadamia, jak różnorodne są mechanizmy generowania promieniowania i jak wiele kategorii obiektów wciąż znamy tylko z teorii albo pojedynczych, bardzo nietypowych przykładów. Każdy taki sygnał zmusza badaczy do sprawdzania, czy obowiązujące modele nie są zbyt proste i czy w mniej oczywistych danych nie kryje się kolejna niespodzianka.