Ett team av astronomer, inklusive forskare vid MIT, har snappat upp en nyfiken, upprepande rytm av snabba radioskurar som kommer från en okänd källa utanför vår galax, 500 miljoner ljusår bort.

Snabba radioutbrott, eller FRB, är kort, intensiva blixtar av radiovågor som tros vara produkten av små, avlägsen, extremt täta föremål, men exakt vad dessa objekt kan vara är ett långvarigt mysterium inom astrofysik. FRB:er varar vanligtvis några millisekunder, under vilken tid de kan överglänsa hela galaxer.

Sedan den första FRB observerades 2007, astronomer har katalogiserat över 100 snabba radioskurar från avlägsna källor utspridda över universum, utanför vår egen galax. För det mesta, dessa upptäckter var engångsföreteelser, blinkar kort innan den försvinner helt. I en handfull fall, astronomer observerade snabba radioskurar flera gånger från samma källa, dock utan något märkbart mönster.

Denna nya FRB-källa, som laget har katalogiserat som FRB 180916.J0158+65, är den första att producera en periodisk, eller cykliskt mönster av snabba radioskurar. Mönstret börjar med en bullrig, fyra dagars fönster, under vilken källan avger slumpmässiga skurar av radiovågor, följt av en 12-dagars period av radiotystnad.

Astronomerna observerade att detta 16-dagarsmönster av snabba radioskurar återkom konsekvent under 500 dagars observationer. "Denna FRB som vi rapporterar nu är som ett urverk, " säger Kiyoshi Masui, biträdande professor i fysik vid MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Det är det mest definitiva mönstret vi har sett från en av dessa källor. Och det är en stor ledtråd som vi kan använda för att börja leta efter fysiken om vad som orsakar dessa ljusa blixtar, som ingen riktigt förstår."

Masui är medlem i CHIME/FRB-samarbetet, en grupp på mer än 50 forskare ledda av University of British Columbia, McGill University, University of Toronto, och Kanadas nationella forskningsråd, som driver och analyserar data från Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, eller KLOKKA, ett radioteleskop i British Columbia som var det första att fånga upp signaler från den nya periodiska FRB-källan.

CHIME/FRB Collaboration har publicerat detaljerna om den nya observationen i dag i tidskriften Natur .

En radiovy

Under 2017, CHIME uppfördes vid Dominion Radio Astrophysical Observatory i British Columbia, där den snabbt började upptäcka snabba radioskurar från galaxer över universum, miljarder ljusår från jorden.

CHIME består av fyra stora antenner, var och en ungefär lika stor som formen av en snowboard halfpipe, och är designad utan rörliga delar. Istället för att vrida sig för att fokusera på olika delar av himlen, CHIME stirrar fast på hela himlen, använder digital signalbehandling för att lokalisera det område i rymden där inkommande radiovågor kommer.

Från september 2018 till februari 2020, CHIME valde ut 38 snabba radioskurar från en enda källa, FRB 180916.J0158+65, som astronomerna spårade till ett stjärnkärnande område i utkanten av en massiv spiralgalax, 500 miljoner ljusår från jorden. Källan är den mest aktiva FRB-källan som CHIME ännu har upptäckt, och tills nyligen var det den närmaste FRB-källan till jorden.

När forskarna ritade var och en av de 38 skurarna över tiden, ett mönster började dyka upp:en eller två utbrott skulle inträffa under fyra dagar, följt av en 12-dagarsperiod utan några skurar, varefter mönstret skulle upprepas. Denna 16-dagarscykel inträffade om och om igen under de 500 dagar som de observerade källan.

"Dessa periodiska utbrott är något som vi aldrig har sett förut, och det är ett nytt fenomen inom astrofysik, " säger Masui.

Cirkelscenarier

Exakt vilket fenomen som ligger bakom denna nya extragalaktiska rytm är ett stort okänt, även om teamet utforskar några idéer i sin nya tidning. En möjlighet är att de periodiska skurarna kan komma från ett enda kompakt föremål, som en neutronstjärna, som både snurrar och vinglar – ett astrofysiskt fenomen som kallas precession. Om man antar att radiovågorna kommer från en fast plats på objektet, om föremålet snurrar längs en axel och den axeln endast pekar mot jordens riktning var fjärde av 16 dagar, då skulle vi observera radiovågorna som periodiska skurar.

En annan möjlighet involverar ett binärt system, till exempel en neutronstjärna som kretsar kring en annan neutronstjärna eller ett svart hål. Om den första neutronstjärnan sänder ut radiovågor, och är på en excentrisk bana som kort för det nära det andra objektet, tidvattnet mellan de två objekten kan vara tillräckligt starkt för att få den första neutronstjärnan att deformeras och brista kort innan den svänger iväg. Detta mönster skulle upprepas när neutronstjärnan svänger tillbaka längs sin bana.

Forskarna övervägde ett tredje scenario, involverar en radiosändande källa som cirklar en central stjärna. Om stjärnan avger en vind, eller gasmoln, sedan varje gång källan passerar genom molnet, gasen från molnet kan periodvis förstora källans radioutsläpp.

"Källan kanske alltid ger ifrån sig dessa utbrott, men vi ser dem bara när det går genom dessa moln, eftersom molnen fungerar som en lins, " säger Masui.

Den kanske mest spännande möjligheten är tanken att denna nya FRB, och även de som inte är periodiska eller ens upprepade, kan härröra från magnetarer – en typ av neutronstjärna som tros ha ett extremt kraftfullt magnetfält. Uppgifterna om magnetarer är fortfarande lite av ett mysterium, men astronomer har observerat att de emellanåt släpper ut enorma mängder strålning över det elektromagnetiska spektrumet, inklusive energi i radiobandet.

"Människor har arbetat på hur man får dessa magnetarer att avge snabba radioskurar, och denna periodicitet vi har observerat har sedan dess arbetats in i dessa modeller för att ta reda på hur allt hänger ihop, " säger Masui.

Väldigt nyligen, samma grupp gjorde en ny observation som stöder tanken att magnetarer faktiskt kan vara en livskraftig källa för snabba radioskurar. I slutet av april, CHIME fick en signal som såg ut som en snabb radioskur, kommer från en blossande magnetar, ett 30-tal, 000 ljusår från jorden. Om signalen bekräftas, detta skulle vara den första FRB som upptäcks i vår egen galax, såväl som det mest övertygande beviset på magnetarer som en källa till dessa mystiska kosmiska gnistor.