Zagadkowy sygnał z kosmosu znika bez śladu. ASKAP J1424 zaskoczył naukowców

Radiowe „pukanie” co 36 minut, absolutnie regularne, a potem nagła cisza.

Taki obiekt właśnie zaskoczył astronomów.

ASKAP J1424 to nowa, wyjątkowo dziwna radiowa latarnia w przestrzeni kosmicznej. Przez kilka dni wysyłał sygnały jak idealna kosmiczna zegarowa maszyna, po czym wyłączył się w jednej chwili. Badacze widzą w nim kandydata na zupełnie nowy typ ekstremalnych obiektów.

Nowy kosmiczny „dziwak” na radarze astronomów

ASKAP J1424 to nazwa źródła radiowego wykrytego przez radioteleskop Australian SKA Pathfinder (ASKAP). Instrument ten monitoruje ogromne połacie nieba w poszukiwaniu sygnałów, które pojawiają się i znikają. Właśnie w takim „przeglądzie nieba” wpadł w oko badaczom ten obiekt.

Na pierwszy rzut oka zachowywał się jak precyzyjnie chodzący zegar. Co dokładnie 2 147 sekund, czyli co około 36 minut, rejestrowano serię impulsów radiowych. I tak przez około osiem dni z rzędu. Każdy cykl wyglądał prawie identycznie jak poprzedni.

ASKAP J1424 wysyłał sygnały z regularnością porównywalną do pracy dokładnego zegara, po czym nagle i całkowicie ucichł.

Po tym okresie aktywności nastąpił gwałtowny koniec. Emisja nie słabła powoli, nie rozmywała się, nie zmieniała rytmu. Sygnał po prostu zniknął z danych obserwacyjnych.

Transjenty radiowe o długim okresie – nowa rodzina obiektów

Od kilku lat astronomowie wyłapują coraz więcej krótkotrwałych zjawisk radiowych, tak zwanych transjentów. Wśród nich pojawiła się nowa kategoria: transjenty o długim okresie. To źródła, które zmieniają jasność nie w milisekundy czy sekundy, ale w minuty lub godziny.

Klasyczne pulsary – szybko obracające się gwiazdy neutronowe – mrugają w rytmie od ułamków sekundy do kilku sekund. ASKAP J1424 jest od nich pod tym względem ekstremalnie „wolny”. Trzydzieści sześć minut między impulsami to absolutnie inna liga.

Badacze rozważają dwie główne możliwości, gdy mowa o takich obiektach:

• bardzo silnie namagnesowane gwiazdy neutronowe o nietypowej rotacji,
• niesamowicie magnetyczne białe karły, czyli wypalone jądra gwiazd podobnych do Słońca.

Żaden z tych scenariuszy nie pasuje jednak idealnie do wszystkich cech ASKAP J1424. Obiekt zdaje się być zbyt „dziwny”, by spokojnie wpasować go w istniejące szufladki.

Idealna kosmiczna „minutnikowa” maszyna, która nagle gaśnie

Ciąg sygnałów jak z laboratorium

Cechą, która wyraźnie odróżnia ASKAP J1424 od innych znanych źródeł, jest stabilność jego rytmu. Przez kilka dni okres 2 147 sekund pozostawał praktycznie niezmienny. Każdy impuls miał bardzo zbliżony profil – kształt sygnału był zadziwiająco powtarzalny.

Dla astronomów to znak, że za emisją stoi obiekt o bardzo uporządkowanej strukturze. Taki poziom regularności kojarzy się raczej z rotacją zwartego ciała (jak gwiazda neutronowa lub biała karlica) niż z chaotycznymi wybuchami czy zderzeniami.

Brutalne wyłączenie, bez ostrzeżenia

Największą zagadką pozostaje zniknięcie sygnału. Po około ośmiu dniach teleeskopy nie rejestrowały już żadnych impulsów. Nie było wcześniejszych wahań okresu, nie zmieniła się też wyraźnie jasność w czasie pracy tego „zegarowego” źródła.

Astronomowie obserwowali ASKAP J1424 podczas spokojnej, wielodniowej serii sygnałów, by nagle zobaczyć… nic. Jakby ktoś odciął dopływ energii jednym ruchem.

W grę wchodzą dwa typu wyjaśnień:

• obiekt jest naturalnie „kapryśny” i przechodzi fazy aktywne oraz ciche,
• emisja zależy od jednorazowego zdarzenia, np. zderzenia z porcją materii lub krótkotrwałego przepływu gazu.

Jeśli drugi scenariusz okaże się prawdziwy, ASKAP J1424 mógłby być kosmicznym odpowiednikiem silnika, który działa tak długo, jak ma „paliwo” w postaci napływającej materii. Gdy materiał się kończy – radiozegar w jednej chwili zamiera.

Sygnał w pełni spolaryzowany: znak ekstremalnych pól magnetycznych

Kluczowa wskazówka kryje się nie tylko w rytmie, lecz także w charakterze samego promieniowania. Emisja z ASKAP J1424 jest w zasadzie w całości spolaryzowana. Co więcej, polaryzacja przechodzi między formą eliptyczną a liniową.

Taki podpis w danych kojarzy się z regionami o bardzo uporządkowanych, silnych polach magnetycznych. Chodzi o warunki występujące przy ekstremalnych obiektach: gwiazdach neutronowych, magnetycznych białych karłach lub w sąsiedztwie pozostałości po eksplozjach gwiazd.

Innymi słowy – to nie jest zwykła gwiazda czy chmura gazu. Wszystko wskazuje na ekstremalne, kompaktowe źródło o skrajnie energetycznych procesach w jego otoczeniu.

ASKAP – teleskop, który wyciąga na wierzch ulotne zjawiska

ASKAP, zlokalizowany w Australii i użytkowany przez organizację naukową CSIRO, powstał z myślą o bardzo szybkim mapowaniu nieba radiowego. Dzięki zestawowi anten i nowoczesnym odbiornikom potrafi błyskawicznie przeglądać duże fragmenty przestrzeni.

W ramach programu EMU (Evolutionary Map of the Universe) naukowcy szukają właśnie takich nietrwałych, zmiennych źródeł. Bez takiej „kamery szerokokątnej” ASKAP J1424 najpewniej przeszedłby niezauważony – jego aktywność była zbyt krótka, by uchwycić ją przy sporadycznych obserwacjach.

Czy w grę wchodzi układ dwóch białych karłów?

Scenariusz podwójnego, zwartego układu

Zespół badawczy proponuje, że ASKAP J1424 może być układem dwóch białych karłów krążących blisko siebie. W takim duecie pola magnetyczne obu składników mogą się splatać i przestawiać w sposób prowadzący do powstawania wiązek radiowych.

W tym obrazie sygnał radiowy pojawia się, gdy układ ustawia się w odpowiedniej konfiguracji orbitalnej. To tłumaczyłoby regularność okresu i silną polaryzację.

• okres 36 minut mógłby odpowiadać rotacji jednego składnika lub pełnemu obrotowi pewnej struktury magnetycznej,
• pola magnetyczne działałyby jak gigantyczna antena, która emituje wąską wiązkę fal radiowych,
• obserwator na Ziemi widzi sygnał tylko wtedy, gdy ta wiązka „przejeżdża” po naszej linii widzenia.

Gdzie „schował się” obiekt w innych długościach fal?

Problem w tym, że teleskopy pracujące w świetle widzialnym i podczerwieni nie wykryły niczego, co z całą pewnością można by powiązać z ASKAP J1424. Jak na układ dwóch białych karłów, obiekt jest zaskakująco „cichy” w innych zakresach widma.

Brak sygnału optycznego i podczerwonego zmusza badaczy do ostrożności – albo obiekt jest niezwykle słaby w tych zakresach, albo scenariusz z układem dwóch białych karłów wymaga poważnych poprawek.

Możliwe, że układ znajduje się bardzo daleko, a jego jasność w świetle widzialnym jest zbyt niska dla obecnych instrumentów. Możliwe też, że otaczający go pył skutecznie tłumi emisję w tych zakresach. Nie da się też wykluczyć, że cała historia wygląda zupełnie inaczej, a proponowany model okaże się jedynie punktem wyjścia do kolejnych prac.

Jak takie obiekty zmieniają nasze spojrzenie na kosmos

ASKAP J1424 pokazuje, że przestrzeń nad naszymi głowami nie składa się tylko ze stabilnych gwiazd, galaktyk i kilku spektakularnych supernowych. Przestrzeń radiowa tętni wieloma krótkotrwałymi zjawiskami, które do tej pory umykały z powodu braku odpowiednich instrumentów lub zbyt rzadkich obserwacji.

Skoro pojedynczy przegląd nieba pozwolił trafić na tak niezwykłe źródło, z dużym prawdopodobieństwem w danych czają się kolejne, może jeszcze bardziej nietypowe przypadki. Nowa generacja teleskopów – w tym przyszły Square Kilometre Array – ma szansę ujawnić całą populację takich radiowych „minutników”.

Czym w praktyce są pola magnetyczne w kosmosie

Dla wielu osób „silne pole magnetyczne” brzmi dość abstrakcyjnie. W kontekście ASKAP J1424 mowa o warunkach niewyobrażalnych w codziennym doświadczeniu. Magnetar, czyli ekstremalnie namagnesowana gwiazda neutronowa, potrafi mieć pole milion miliardów razy silniejsze niż ziemskie.

Przy takich wartościach materia i promieniowanie zachowują się zupełnie inaczej niż w laboratoriach na Ziemi. Fale radiowe, które do nas docierają, niosą informację o geometrii pola, tempie rotacji obiektu, a nawet o tym, jak gęsta i zjonizowana jest otaczająca go materia. Analizując polaryzację i kształt impulsów, astronomowie odtwarzają „mapę” niewidzialnego środowiska w pobliżu obiektu.

Dla czytelnika praktyczną konsekwencją jest to, że takie badania nie są tylko ciekawostką. Dane z ASKAP J1424 pomagają testować fizykę w warunkach, których nie da się odtworzyć w żadnym ziemskim eksperymencie. Z ich pomocą można sprawdzać teorię względności, własności plazmy w silnych polach magnetycznych czy mechanizmy emisji promieniowania w ekstremalnych układach podwójnych.