Tajemniczy sygnał z kosmosu co 36 minut. ASKAP J1424 zniknął bez śladu

Radioteleskopy zarejestrowały obiekt, który nadawał w równych odstępach czasu, po czym nagle zamilkł. Naukowcy wciąż drapią się po głowie.

ASKAP J1424 zachowywał się jak kosmiczna latarnia: wysyłał krótkie sygnały radiowe z zegarkową precyzją co 36 minut, przez kilka dni z rzędu. Potem emisja ustała tak gwałtownie, jakby ktoś wyłączył przełącznik. Żaden znany typ gwiazdy czy pozostałości po niej nie pasuje idealnie do tego, co zarejestrował australijski radioteleskop.

Nowy rodzaj kosmicznego zjawiska czy coś zupełnie innego?

ASKAP J1424 wpadł w oko astronomom podczas przeglądu nieba prowadzonego przez Australian SKA Pathfinder (ASKAP) w ramach programu EMU. Właśnie takie przeglądy, robione regularnie na dużych połaciach nieba, mają wyłapywać krótkotrwałe, ulotne sygnały radiowe, które łatwo przeoczyć w klasycznych obserwacjach jednego obszaru przez długi czas.

Od kilku lat astronomowie mówią o tak zwanych długookresowych transjentach radiowych. To obiekty, które pojawiają się w danych, świecą w radiu przez minuty lub godziny, a potem znikają. ASKAP J1424 doskonale wpisuje się w tę kategorię, ale wprowadza do niej kilka zaskakujących elementów.

ASKAP J1424 zachował się jak idealnie nastawiony zegar kosmiczny, po czym nagle przestał tykać – bez żadnego ostrzeżenia.

W przeciwieństwie do klasycznych pulsarów, które obracają się w ułamkach sekund lub pojedynczych sekund, tutaj mowa o cyklu trwającym ponad pół godziny. To zupełnie inna skala czasu i inny zestaw pytań o źródło takiego zachowania.

Jak zachowywał się ten dziwny sygnalista z kosmosu

Regularne „pikanie” co 36 minut

W danych ASKAP astronomowie zobaczyli serię impulsów radiowych powtarzających się co 2147 sekund, czyli mniej więcej co 36 minut. Przez około osiem dni okres ten pozostawał niesamowicie stabilny. Każdy impuls miał bardzo podobny kształt, intensywność i czas trwania.

• okres powtarzania: ok. 36 minut, bardzo stabilny,
• czas trwania pojedynczego impulsu: krótki w porównaniu z przerwą między impulsami,
• czas aktywności: około ośmiu dni, po czym całkowite wyciszenie,
• brak zauważalnego „gaśnięcia” – emisja po prostu się urwała.

Takie zachowanie przywodzi na myśl latarnię morską: wąska wiązka promieniowania omiata przestrzeń i co pewien czas trafia w Ziemię. W typowych przypadkach odpowiadają za to szybko wirujące gwiazdy neutronowe. Tu skala czasu sugeruje coś innego, wolniejszego lub bardziej skomplikowanego.

Całkowicie spolaryzowany sygnał z ekstremalnego otoczenia

Jeszcze bardziej intrygujący jest charakter samej emisji. Sygnał okazał się w pełni spolaryzowany, z przejściem między polaryzacją eliptyczną a liniową. Takie zachowanie zwykle oznacza bardzo uporządkowane, silne pola magnetyczne oraz gęste plazmy w otoczeniu obiektu.

Pełna polaryzacja radiowej emisji wskazuje, że ASKAP J1424 powstaje w ekstremalnym, silnie namagnesowanym środowisku, związanym z bardzo zwartym obiektem.

To zawęża krąg podejrzanych do tak zwanych gwiazd zwartych: przede wszystkim gwiazd neutronowych i białych karłów. Oba typy to pozostałości po ewolucji gwiazd, bardzo gęste i z reguły dysponujące potężnymi polami magnetycznymi.

Co to w ogóle są długookresowe transjenty radiowe

ASKAP J1424 to nie pierwszy przypadek obiektu, który pojawia się w radiu na minuty lub godziny, po czym znika na długo lub na zawsze. W ostatnich latach wykryto kilka podobnych źródeł, ale każde z nich ma własne, dość indywidualne cechy.

Naukowcy próbują przypisać te obiekty do znanych kategorii – bardzo wolno rotujących gwiazd neutronowych, magnetarów o nietypowym zachowaniu albo białych karłów w osobliwych układach. Problem w tym, że dane często nie układają się w spójną całość.

Najpoważniejsza hipoteza: układ dwóch białych karłów

W przypadku ASKAP J1424 jedna z głównych propozycji mówi o ciasnym układzie podwójnym, w którym krążą wokół siebie dwa białe karły. Te gęste, stare gwiazdy mogłyby mieć bardzo silne pola magnetyczne, które wzajemnie na siebie oddziałują.

W takim scenariuszu sygnał radiowy mógłby włączać się tylko przy określonej konfiguracji orbitalnej, kiedy linie pola magnetycznego obu składników ustawiają się w sprzyjający sposób. Wtedy powstaje strumień naładowanych cząstek i intensywna emisja radiowa, widoczna z Ziemi jako powtarzający się impuls.

• regularność emisji zgadza się z orbitalną „mechaniką zegarka”,
• silna polaryzacja pasuje do naładowanych cząstek kierowanych przez pola magnetyczne,
• stosunkowo długi okres może odzwierciedlać ruch orbitalny zamiast obrotu jednego obiektu.

Ta interpretacja ma jednak swoją słabą stronę: takich układów powinno dać się szukać w innych zakresach, choćby w podczerwieni. Jak na razie w danych optycznych i w bliskiej podczerwieni nie wykryto wiarygodnego odpowiednika ASKAP J1424, co komplikuje obraz.

Największa zagadka: dlaczego ten „zegar” nagle przestał działać

Dwie główne możliwości

Astronomowie rozważają dwa ogólne scenariusze, które mogłyby wytłumaczyć nagłe zamilknięcie sygnału po zaledwie ośmiu dniach:

W obu przypadkach potrzeba długoterminowego monitoringu. Jeżeli ASKAP J1424 jeszcze raz „odezwie się” w podobny sposób, astronomowie zyskają cenny punkt odniesienia. Jeśli już nigdy nie wróci, układanka stanie się trudniejsza, a to, co zarejestrowano, będzie pojedynczym, niepowtarzalnym epizodem.

ASKAP jako maszynka do łapania zjawisk chwilowych

Bez możliwości szybkiego, szerokiego przeglądu nieba ASKAP J1424 prawdopodobnie przeszedłby niezauważony. Radioteleskop ten ma kilka cech, które idealnie pasują do łapania krótkotrwałych sygnałów:

• duże pole widzenia – obserwuje ogromny wycinek nieba naraz,
• częste powtórki tych samych obszarów,
• cyfrowe przetwarzanie danych pozwalające wyłowić słabe, chwilowe impulsy.

To zupełnie inne podejście niż tradycyjne „wpatrywanie się” w jeden fragment nieba przez wiele godzin. Coraz więcej projektów astronomicznych zaczyna działać właśnie tak: skanuje całe niebo raz za razem, jak radar, wypatrując wszystkiego, co zmienia się w czasie.

Co nam mówi ASKAP J1424 o zmiennym niebie nad głową

Obiekt taki jak ASKAP J1424 sugeruje, że niebo radiowe jest znacznie bogatsze w krótkotrwałe sygnały, niż jeszcze niedawno sądzono. W przeszłości brakowało po prostu odpowiednich narzędzi, aby je wykryć. Teraz, gdy radioteleskopy drugiej generacji rutynowo monitorują duże obszary, liczba takich zjawisk zaczyna rosnąć.

Gdy pojawia się źródło, które nie pasuje do żadnej znanej szufladki, to często znak, że fizyka kryje jeszcze jedną kategorię obiektów, której nikt wcześniej nie przewidział.

Dla astrofizyki to dobra wiadomość. Takie „niewygodne” przypadki zmuszają do poprawiania modeli, wprowadzania nowych elementów i weryfikowania założeń, które przez lata uchodziły za oczywiste. ASKAP J1424 może być jednym z pierwszych przedstawicieli większej populacji bardzo rzadkich, trudnych do uchwycenia źródeł.

Co dalej z poszukiwaniami i jak laik może to sobie wyobrazić

W najbliższych latach ASKAP i inne radioteleskopy będą regularnie wracały do regionu nieba, w którym pojawił się tajemniczy sygnał. Naukowcy planują także przeglądy archiwalnych danych z innych instrumentów, licząc, że znajdą ślady podobnych obiektów, które kiedyś umknęły uwadze.

Osobie, która nie zajmuje się zawodowo astronomią, łatwiej może być wyobrazić sobie ASKAP J1424 jako bardzo odległą, niewidoczną „maszynkę” nadawczą. Przez kilka dni wysyła komunikat co 36 minut, zawsze o tej samej „treści”. Tyle że nadawcą nie jest cywilizacja pozaziemska, a egzotyczny, zwarty obiekt z ekstremalnie silnym polem magnetycznym, działający według praw fizyki, nie wolicjonalnej decyzji.

Takie zjawiska pomagają lepiej zrozumieć, jak wygląda późna ewolucja gwiazd i co dzieje się z materią w warunkach gęstości i pól magnetycznych, których nie da się odtworzyć na Ziemi. Dla fizyków to laboratorium, w którym testują modele plazmy, promieniowania i zachowania materii w pobliżu ekstremalnych obiektów. Dla reszty z nas – przypomnienie, że kosmos wciąż potrafi zaskoczyć czymś, co na pierwszy rzut oka wygląda jak błąd w danych, a w rzeczywistości ujawnia nowy rodzaj kosmicznej „maszyny”.