Astronomer vid MIT och på andra håll har upptäckt en konstig och ihållande radiosignal från en avlägsen galax som verkar blinka med överraskande regelbundenhet.

Signalen klassificeras som en snabb radioskur, eller FRB – en intensivt stark skur av radiovågor av okänt astrofysiskt ursprung, som vanligtvis varar i några millisekunder som mest. Denna nya signal kvarstår dock i upp till tre sekunder, cirka 1 000 gånger längre än den genomsnittliga FRB. Inom det här fönstret upptäckte teamet skurar av radiovågor som upprepas var 0,2 sekund i ett tydligt periodiskt mönster, liknande ett hjärta som slår.

Forskarna har märkt signalen FRB 20191221A, och det är för närvarande den längsta varaktiga FRB, med det tydligaste periodiska mönstret, som hittills upptäckts.

Källan till signalen ligger i en avlägsen galax, flera miljarder ljusår från jorden. Exakt vad den källan kan vara förblir ett mysterium, även om astronomer misstänker att signalen kan komma från antingen en radiopulsar eller en magnetar, som båda är typer av neutronstjärnor – extremt täta, snabbt snurrande kollapsade kärnor av jättestjärnor.

"Det finns inte många saker i universum som avger strikt periodiska signaler", säger Daniele Michilli, postdoc vid MIT:s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Exempel som vi känner till i vår egen galax är radiopulsarer och magnetarer, som roterar och producerar en strålade emission som liknar en fyr. Och vi tror att den här nya signalen kan vara en magnetar eller pulsar på steroider."

Teamet hoppas kunna upptäcka fler periodiska signaler från denna källa, som sedan kan användas som en astrofysisk klocka. Till exempel kan frekvensen av skurarna, och hur de förändras när källan rör sig bort från jorden, användas för att mäta hastigheten med vilken universum expanderar.

Upptäckten rapporteras idag i tidskriften Nature , och är författad av medlemmar i CHIME/FRB Collaboration, inklusive MIT-medförfattarna Calvin Leung, Juan Mena-Parra, Kaitlyn Shin och Kiyoshi Masui vid MIT, tillsammans med Michilli, som ledde upptäckten först som forskare vid McGill University , och sedan som postdoc vid MIT.

"Bom, bom, bom"

Sedan den första FRB upptäcktes 2007 har hundratals liknande radioblixtar upptäckts över hela universum, senast av Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, eller CHIME, ett interferometriskt radioteleskop som består av fyra stora paraboliska reflektorer som är beläget vid Dominion Radio Astrophysical Observatory i British Columbia, Kanada.

CHIME observerar kontinuerligt himlen när jorden roterar och är designad för att fånga upp radiovågor som sänds ut av väte i de allra tidigaste stadierna av universum. Teleskopet råkar också vara känsligt för snabba radioskurar, och sedan det började observera himlen 2018 har CHIME upptäckt hundratals FRB:er som kommer från olika delar av himlen.

Den stora majoriteten av FRB:er som har observerats hittills är engångseffekter - ultraljusa skurar av radiovågor som varar i några millisekunder innan de blinkar av. Nyligen upptäckte forskare den första periodiska FRB som verkade sända ut ett regelbundet mönster av radiovågor. Denna signal bestod av ett fyra dagars fönster med slumpmässiga skurar som sedan upprepades var 16:e dag. Denna 16-dagarscykel indikerade ett periodiskt aktivitetsmönster, även om signalen från de faktiska radioskurarna var slumpmässig snarare än periodisk.

Den 21 december 2019 fick CHIME en signal om en potentiell FRB, vilket omedelbart uppmärksammade Michilli, som skannade in inkommande data.

"Det var ovanligt", minns han. "Den var inte bara väldigt lång och varade i cirka tre sekunder, utan det fanns periodiska toppar som var anmärkningsvärt exakta och avgav varje bråkdel av en sekund – bom, bom, bom - som ett hjärtslag. Det här är första gången själva signalen är periodisk ."

Lysande skurar

Genom att analysera mönstret för FRB 20191221A:s radioskurar fann Michilli och hans kollegor likheter med emissioner från radiopulsarer och magnetarer i vår egen galax. Radiopulsarer är neutronstjärnor som sänder ut strålar av radiovågor, som verkar pulsera när stjärnan roterar, medan en liknande emission produceras av magnetarer på grund av deras extrema magnetfält.

Den största skillnaden mellan den nya signalen och radioemissioner från våra egna galaktiska pulsarer och magnetarer är att FRB 20191221A verkar vara mer än en miljon gånger ljusare. Michilli säger att de lysande blixtarna kan härröra från en avlägsen radiopulsar eller magnetar som normalt är mindre ljus när den roterar och av någon okänd anledning kastade ut ett tåg av lysande skurar, i ett sällsynt tresekundersfönster som CHIME lyckligtvis var placerad för att fånga.

"CHIME har nu upptäckt många FRB med olika egenskaper," säger Michilli. "Vi har sett några som lever inuti moln som är väldigt turbulenta, medan andra ser ut som om de är i rena miljöer. Utifrån egenskaperna hos den här nya signalen kan vi säga att runt den här källan finns det ett moln av plasma som måste vara extremt turbulent."

Astronomerna hoppas kunna fånga ytterligare skurar från den periodiska FRB 20191221A, som kan hjälpa till att förbättra deras förståelse av dess källa och neutronstjärnor i allmänhet.

"Denna upptäckt väcker frågan om vad som kan orsaka denna extrema signal som vi aldrig har sett förut, och hur kan vi använda den här signalen för att studera universum", säger Michilli. "Framtida teleskop lovar att upptäcka tusentals FRB:er i månaden, och vid den tidpunkten kan vi hitta många fler av dessa periodiska signaler." + Utforska vidare

Snabba radioskurar visas med lägre frekvens radiovågor än tidigare upptäckt