Tajemniczy sygnał radiowy co 36 minut. Naukowcy rozkładają ręce

Astronomowie z Australii zarejestrowali niezwykle regularny sygnał radiowy, który co 36 minut „miga” niczym kosmiczna latarnia.

Źródło, nazwane ASKAP J1424, nie przypomina znanych obiektów. Nie pasuje w pełni ani do klasycznych gwiazd neutronowych, ani do egzotycznych układów z białymi karłami. Zamiast wyjaśnić znane zagadki, dorzuciło kolejną – i to taką, która może zmusić astrofizyków do przepisania części podręczników.

Nowy gracz na niebie: ASKAP J1424

ASKAP J1424 zarejestrował radioteleskop Australian SKA Pathfinder (ASKAP), pracujący na pustkowiach Australii Zachodniej. To instrument zaprojektowany do szybkiego skanowania ogromnych obszarów nieba i wyłapywania krótkich, zmiennych sygnałów radiowych.

Obiekt „mówi” do nas w bardzo nietypowy sposób: wysyła intensywne impulsy radiowe z okresem 36 minut, czyli dokładnie 2 147,27 sekundy . Co ważne, astronomowie obserwowali te pulsacje przez osiem kolejnych dni i w tym czasie profil sygnału pozostawał zadziwiająco stabilny.

Przeczytaj również: Niebiański ślad sprzed miliardów lat: najuboższy strumień gwiazd w Drodze Mlecznej zaskakuje naukowców

Stały rytm emisji i powtarzalny kształt impulsu sugerują obiekt o bardzo uporządkowanej strukturze magnetycznej – ale reszta zupełnie nie pasuje do standardowych modeli.

Obiekt wpadł w oko naukowcom w ramach dużego programu Evolutionary Map of the Universe (EMU), który tworzy radiową „mapę ewolucji” kosmosu. Dzięki temu, że ASKAP długo „patrzy” w jedno miejsce i robi to wielokrotnie, jest w stanie wychwycić takie długookresowe radiowe migotania.

Projekt EMU i polowanie na dziwne sygnały

EMU to jeden z najbardziej ambitnych przeglądów radiowych nieba. W odróżnieniu od klasycznych badań, które często skupiały się na jasnych, stałych źródłach, EMU szuka obiektów zmiennych i krótkotrwałych – tak zwanych transientów.

Przeczytaj również: Saturn znów zaskakuje: astronomowie doliczyli się kolejnych księżyców

Czym są długookresowe transjenty radiowe

ASKAP J1424 należy do rosnącej grupy tzw. długookresowych transjentów radiowych (LPT – long-period transients). To obiekty, które:

• emitują silne sygnały radiowe w krótkich „zrywach”,
• powtarzają je z okresem od minut do godzin,
• często mają bardzo silne pola magnetyczne,
• nie zawsze dają się zaobserwować w świetle widzialnym czy w podczerwieni.

Tego typu obiekty są stosunkowo nowe w astrofizyce. Jeszcze kilkanaście lat temu ich praktycznie nie notowano, bo teleskopy nie miały wystarczającego pola widzenia ani odpowiednio częstego próbkowania nieba.

Przeczytaj również: Teleskop Hubble pokazuje niemal niewidzialną galaktykę zdominowaną przez ciemną materię

Najbardziej zagadkowy element: polaryzacja sygnału

ASKAP J1424 nie byłby aż tak intrygujący, gdyby chodziło wyłącznie o długi okres obrotu. Prawdziwym „haczykiem” okazała się jego polaryzacja – czyli sposób, w jaki drga pole elektromagnetyczne fali radiowej.

Podczas aktywności źródła astronomowie zaobserwowali, że emisja jest w praktyce w stu procentach spolaryzowana na całej długości impulsu. Co więcej, w trakcie trwania pojedynczego „błysku” polaryzacja przechodzi od eliptycznej do całkowicie liniowej.

Taki przeskok w typie polaryzacji sugeruje bardzo uporządkowane, ekstremalne pole magnetyczne, które zmienia geometrię względem naszej linii widzenia w trakcie jednego obrotu obiektu.

Tak czysta polaryzacja jest niezwykle rzadka, nawet wśród znanych pulsarów czy magnetarów. To właśnie ten parametr sprawia, że ASKAP J1424 może reprezentować zupełnie nową kategorię źródeł radiowych.

Brak śladu w innych zakresach: ciemny duch w kosmosie

Naturalnym krokiem po identyfikacji radiowego transjenta jest sprawdzenie, czy w tym samym miejscu widać coś w świetle widzialnym, w podczerwieni lub w promieniach X. W tym wypadku astronomowie przejrzeli dostępne dane i przeprowadzili dodatkowe obserwacje… bez rezultatu.

Nie widać żadnego oczywistego odpowiednika optycznego ani podczerwonego . Brak „towarzyszącego” obiektu w tych zakresach znacznie komplikuje interpretację. Gdyby pojawiła się np. jasna gwiazda, można by łatwiej oszacować odległość, typ układu czy masę składników.

Na razie ASKAP J1424 pozostaje czymś w rodzaju radia grającego w ciemności: sygnał jest silny, ale samego nadajnika nie widać.

Biały karzeł, gwiazda neutronowa czy coś zupełnie innego?

Zespół badawczy przeanalizował kilka scenariuszy i żaden nie pasuje idealnie. Najbardziej rozważana hipoteza mówi, że ASKAP J1424 może być układem z białym karłem , w którym główną rolę grają pola magnetyczne i wiatry gwiazdowe.

W scenariuszu z białym karłem kluczowa byłaby interakcja pola magnetycznego zwartej gwiazdy z wiatrem magnetycznym towarzysza. Taki proces może wzmacniać emisję radiową i prowadzić do okresowych „wybuchów” aktywności.

Czy to jednorazowy zryw, czy stały tryb pracy?

Badacze podkreślają, że na razie mają w ręku tylko fragment historii. Sygnał był widoczny przez osiem dni, ale nie wiadomo, czy:

• ASKAP J1424 emituje w ten sposób stale,
• wchodzi w fazy okresowej aktywności i ciszy,
• czy może widzieliśmy pojedynczy epizod związany z nagłym dopływem materii z towarzysza.

Tu właśnie wchodzi na scenę projekt VAST (Variables And Slow Transients), który w kolejnej fazie ma monitorować takie obiekty znacznie dłużej i w sposób bardziej systematyczny.

Co dalej z ASKAP J1424: długie obserwacje i polowanie na „rodzeństwo”

Naukowcy planują szeroko zakrojone monitorowanie tego źródła w ramach następnej fazy przeglądu VAST. Chcą sprawdzić, czy emisja powraca w podobnych cyklach, czy też mieli szczęście trafić na jednorazowe zdarzenie – na przykład nagłe zasilenie obiektu plazmą z gwiezdnego wiatru.

Dopiero długotrwałe śledzenie pozwoli odróżnić system pracujący w powtarzalnym rytmie od obiektu, który „zapłonął” tylko na chwilę w reakcji na rzadkie zjawisko fizyczne.

Równolegle inne teleskopy – optyczne, podczerwone i rentgenowskie – będą szukać jakichkolwiek śladów towarzyszącego obiektu. Nawet bardzo słaby sygnał w innym zakresie może pomóc w oszacowaniu odległości, masy i typu gwiazdy w układzie.

Dlaczego ten sygnał jest tak istotny dla nauki

ASKAP J1424 to nie tylko ciekawostka dla miłośników kosmosu. Każdy taki obiekt testuje granice obecnych teorii. Jeśli faktycznie mamy do czynienia z układem z białym karłem, trzeba będzie zrewidować modele pól magnetycznych i akrecji w takich systemach. Jeśli to nietypowy pulsar, fizyka obrotu gwiazd neutronowych również wymaga odświeżenia.

W skrajnym scenariuszu – gdy żaden ze znanych typów obiektów nie wystarczy – astrofizycy zyskają argument, że w katalogach brakuje całej klasy źródeł, które do tej pory umykały obserwacjom.

Dla przeciętnego odbiorcy dobra wiadomość jest taka, że nowoczesne radioteleskopy coraz częściej „łapią” takie nieoczywiste sygnały. Każdy z nich to potencjalna wskazówka, jak działa materia w ekstremalnych warunkach pól magnetycznych, gęstości i grawitacji, których nie da się odtworzyć w ziemskich laboratoriach.

Warto też rozumieć, czym różni się ASKAP J1424 od popularnych ostatnio szybkich błysków radiowych (FRB). Te trwają milisekundy i są zazwyczaj pojedyncze lub rzadko powtarzalne, często z odległych galaktyk. ASKAP J1424 pracuje w zupełnie innym trybie – jego impulsy są dłuższe, powtarzają się regularnie i mogą pochodzić z dużo bliższego otoczenia, być może nawet z naszej galaktyki.

Gdy w kolejnych latach do pracy wejdą jeszcze większe instrumenty, jak pełny Square Kilometre Array (SKA), podobnych źródeł prawdopodobnie przybędzie. Jeśli ASKAP J1424 okaże się pierwszym przedstawicielem nowej klasy, za chwilę może się okazać, że nie jest samotnym dziwakiem, lecz członkiem licznej, dotąd ukrytej populacji kosmicznych „nadajników” o bardzo długim rytmie pracy.