Vad är det som orsakar mystiska utbrott av radiovågor från rymden? Astronomer kan vara ett steg närmare att ge ett svar på den frågan. Två NASA röntgenteleskop observerade nyligen en av sådana händelser - känd som en snabb radioskur - bara minuter före och efter det inträffade. Denna oöverträffade syn sätter vetenskapsmän på väg att förstå dessa extrema radiohändelser bättre.
Även om de bara varar i en bråkdel av en sekund, kan snabba radioskurar frigöra ungefär lika mycket energi som solen gör på ett år. Deras ljus bildar också en laserliknande stråle, som skiljer dem från mer kaotiska kosmiska explosioner.
Eftersom utbrotten är så korta är det ofta svårt att peka ut var de kommer ifrån. Före 2020 hade de som spårades till sin källa sitt ursprung utanför vår egen galax – för långt borta för astronomer att se vad som skapade dem. Sedan bröt ett snabbt radioutbrott ut i jordens hemgalax, som härrörde från ett extremt tätt föremål som kallas en magnetar – de kollapsade resterna av en exploderad stjärna.
I oktober 2022 producerade samma magnetar – kallad SGR 1935+2154 – ytterligare en snabb radioskur, denna studerades i detalj av NASA:s NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) på den internationella rymdstationen och NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) i låg Jordens bana.
Teleskopen observerade magnetarn i timmar och fick en glimt av vad som hände på ytan av källobjektet och i dess omedelbara omgivning före och efter den snabba radioutbrottet. Resultaten beskrivs i en ny studie publicerad i tidskriften Nature , är ett exempel på hur NASA-teleskop kan samarbeta för att observera och följa upp kortlivade händelser i kosmos.
Explosionen inträffade mellan två "glitches" när magnetaren plötsligt började snurra snabbare. SGR 1935+2154 beräknas vara cirka 12 miles (20 kilometer) tvärs över och snurra cirka 3,2 gånger per sekund, vilket betyder att dess yta rörde sig i cirka 7 000 mph (11 000 km/h). Att sakta ner eller påskynda den skulle kräva en betydande mängd energi.
Det är därför som studieförfattarna blev förvånade över att se att mellan felen, saktade magnetarn ner till mindre än sin hastighet före felet på bara nio timmar, eller ungefär 100 gånger snabbare än någonsin har observerats i en magnetar.
"Vanligtvis, när fel inträffar, tar det magnetar veckor eller månader att komma tillbaka till sin normala hastighet", säger Chin-Ping Hu, en astrofysiker vid National Changhua University of Education i Taiwan och huvudförfattare till den nya studien. "Så uppenbarligen händer saker med dessa objekt på mycket kortare tidsskalor än vi tidigare trott, och det kan vara relaterat till hur snabba radioskurar genereras."
När man försöker sätta ihop exakt hur magnetarer producerar snabba radioskurar, har forskare många variabler att ta hänsyn till.
Till exempel är magnetarer (som är en typ av neutronstjärnor) så täta att en tesked av deras material skulle väga ungefär en miljard ton på jorden. En så hög densitet innebär också en stark gravitationskraft:En marshmallow som faller på en typisk neutronstjärna skulle träffas med kraften från en tidig atombomb.
Den starka gravitationen betyder att ytan på en magnetar är en flyktig plats som regelbundet släpper ut skurar av röntgenstrålar och ljus med högre energi. Innan den snabba radioskuren som inträffade 2022 började magnetaren släppa ut utbrott av röntgenstrålar och gammastrålar (ännu mer energiska våglängder av ljus) som observerades i perifera synen av rymdteleskop med hög energi. Denna ökning av aktivitet fick uppdragsoperatörerna att peka NICER och NuSTAR direkt mot magnetaren.
"Alla dessa röntgenskurar som hände före det här felet skulle i princip ha haft tillräckligt med energi för att skapa en snabb radioskur, men det gjorde de inte", säger studiens medförfattare Zorawar Wadiasingh, en forskare vid University of Maryland, College Park och NASA:s Goddard Space Flight Center. "Så det verkar som om något förändrades under avmattningsperioden, vilket skapade rätt förutsättningar."
Vad mer kan ha hänt med SGR 1935+2154 för att producera en snabb radioskur? En faktor kan vara att utsidan av en magnetar är solid, och den höga densiteten krossar insidan till ett tillstånd som kallas superfluid. Ibland kan de två hamna ur synk, som vatten som skvalpar runt i en snurrande fiskskål. När detta händer kan vätskan leverera energi till skorpan. Tidningsförfattarna tror att det troligen är det som orsakade båda felen som ledde till den snabba radioskuren.
Om det initiala felet orsakade en spricka i magnetarens yta, kan det ha släppt material från stjärnans inre i rymden som ett vulkanutbrott. Att förlora massa gör att snurrande föremål saktar ner, så forskarna tror att detta kan förklara magnetarens snabba retardation.
Men efter att ha observerat endast en av dessa händelser i realtid kan teamet fortfarande inte säga säkert vilka av dessa faktorer (eller andra, såsom magnetarens kraftfulla magnetfält) som kan leda till produktionen av en snabb radioskur. Vissa kanske inte är anslutna till skuren alls.
"Vi har utan tvekan observerat något viktigt för vår förståelse av snabba radioskurar", säger George Younes, forskare vid Goddard och medlem av NICER-vetenskapsteamet som specialiserat sig på magnetarer. "Men jag tror att vi fortfarande behöver mycket mer data för att slutföra mysteriet."
Mer information: Chin-Ping Hu, snabba snurrändringar runt en magnetisk snabb radioskur, Natur (2024). DOI:10.1038/s41586-023-07012-5. www.nature.com/articles/s41586-023-07012-5
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av NASA
