Magnetars zijn bizarre objecten - enorm, draaiende neutronensterren met magnetische velden behoren tot de krachtigste bekende, in staat om korte uitbarstingen van radiogolven af ​​te schieten die zo helder zijn dat ze overal in het universum zichtbaar zijn.

Een team van astrofysici heeft nu een andere eigenaardigheid van magnetars ontdekt:ze kunnen uitbarstingen van laagenergetische gammastraling uitzenden in een patroon dat nog nooit eerder in enig ander astronomisch object is gezien.

Het is onduidelijk waarom dit zou moeten, maar magnetars zelf worden slecht begrepen, met tientallen theorieën over hoe ze radio- en gammastraaluitbarstingen produceren. De herkenning van dit ongebruikelijke patroon van gammastralingsactiviteit zou theoretici kunnen helpen de betrokken mechanismen te achterhalen.

"Magnetaren, die zijn verbonden met snelle radio-uitbarstingen en zachte gamma-repeaters, iets periodieks aan de hand hebben, bovenop willekeur, " zei astrofysicus Bruce Grossan, een astrofysicus aan de Universiteit van Californië, Berkeley's Space Sciences Laboratory (SSL). "Dit is nog een mysterie bovenop het mysterie van hoe de uitbarstingen worden geproduceerd."

De onderzoekers - Grossan en theoretisch fysicus en kosmoloog Eric Linder van SSL en het Berkeley Center for Cosmological Physics en postdoctoraal fellow Mikhail Denissenya van de Nazarbayev University in Kazachstan - ontdekten vorig jaar het patroon in uitbarstingen van een zachte gamma-repeater, SGR1935+2154, dat is een magnetar, een productieve bron van zachte of lagere energie gammastraaluitbarstingen en de enige bekende bron van snelle radiouitbarstingen in ons Melkwegstelsel. Ze ontdekten dat het object willekeurig bursts uitzendt, maar alleen binnen een normaal tijdsbestek van vier maanden, elk actief venster gescheiden door drie maanden inactiviteit.

Op 19 maart, het team heeft een preprint geüpload waarin wordt beweerd dat het "periodiek venstergedrag" is in zachte gamma-uitbarstingen van SGR1935 + 2154 en voorspelde dat deze uitbarstingen na 1 juni opnieuw zouden beginnen - na een onderbreking van drie maanden - en zouden kunnen optreden gedurende een periode van vier maanden eindigend op oktober. 7.

Op 24 juni, drie weken in het venster van activiteit, de eerste nieuwe burst van SGR1935+2154 werd waargenomen na de voorspelde onderbreking van drie maanden, en sindsdien zijn er bijna een dozijn meer uitbarstingen waargenomen, waaronder een op 6 juli, de dag dat het artikel online in het tijdschrift werd gepubliceerd Fysieke beoordeling D .

"Deze nieuwe uitbarstingen in dit venster betekenen dat onze voorspelling dood is, " zei Grossan, die astronomische transiënten met hoge energie bestudeert. "Waarschijnlijk belangrijker is dat er geen bursts tussen de vensters zijn gedetecteerd sinds we onze preprint voor het eerst publiceerden."

Linder vergelijkt de niet-detectie van uitbarstingen in vensters van drie maanden met een belangrijke aanwijzing - het "merkwaardige incident" dat een waakhond 's nachts niet blafte - waardoor Sherlock Holmes een moord kon oplossen in het korte verhaal "The Adventure of Zilveren gloed".

"Ontbrekende of occasionele gegevens zijn een nachtmerrie voor elke wetenschapper, " merkte Denissenya op, de eerste auteur van het artikel en een lid van het Energetic Cosmos Laboratory aan de Nazarbayev University dat enkele jaren geleden door Grossan werd opgericht, Linder en UC Berkeley kosmoloog en Nobelprijswinnaar George Smoot. "In ons geval, het was cruciaal om te beseffen dat ontbrekende bursts of helemaal geen bursts informatie bevatten."

De bevestiging van hun voorspelling schokte en ontroerde de onderzoekers, die denken dat dit een nieuw voorbeeld is van een fenomeen - periodiek venstergedrag - dat de emissies van andere astronomische objecten zou kunnen karakteriseren.

Mijnbouwgegevens van 27 jaar oude satelliet

In het afgelopen jaar, onderzoekers suggereerden dat de emissie van snelle radio-uitbarstingen - die meestal een paar duizendsten van een seconde duren - van verre sterrenstelsels zou kunnen worden geclusterd in een periodiek vensterpatroon. Maar de gegevens waren intermitterend, en de statistische en computationele hulpmiddelen om een ​​dergelijke claim met schaarse gegevens stevig vast te stellen, waren niet goed ontwikkeld.

Grossan overtuigde Linder om te onderzoeken of geavanceerde technieken en hulpmiddelen konden worden gebruikt om aan te tonen dat periodiek, maar willekeurig, ook, binnen een activiteitsvenster was gedrag aanwezig in de zachte gammastraaluitbarstingsgegevens van de SGR1935+2154 magnetar. Het Konus-instrument aan boord van het WIND-ruimtevaartuig, gelanceerd in 1994, heeft sinds 2014 zachte gammastraaluitbarstingen van dat object opgenomen - dat ook snelle radiouitbarstingen vertoont - en heeft waarschijnlijk nooit een heldere gemist.

Linder, een lid van het Supernova Cosmology Project in het Lawrence Berkeley National Laboratory, geavanceerde statistische technieken had gebruikt om de clustering in de ruimte van sterrenstelsels in het heelal te bestuderen, en hij en Denissenya pasten deze technieken aan om de clustering van bursts in de tijd te analyseren. Hun analyse, de eerste die dergelijke technieken gebruikte voor herhaalde gebeurtenissen, vertoonde een ongebruikelijke periodiciteit met vensters die verschilt van de zeer nauwkeurige herhaling die wordt geproduceerd door lichamen die ronddraaien of in een baan om de aarde draaien, waar de meeste astronomen aan denken als ze denken aan periodiek gedrag.

"Tot dusver, we hebben bursts waargenomen gedurende 10 perioden met vensters sinds 2014, en de kans is 3 op 10, 000 dat, hoewel we denken dat het een periodiek venster is, het is eigenlijk willekeurig, " hij zei, wat betekent dat er een kans van 99,97% is dat ze gelijk hebben. Hij merkte op dat een Monte Carlo-simulatie aangaf dat de kans dat ze een patroon zien dat er niet echt is, waarschijnlijk ver onder de 1 op een miljard is.

De recente waarneming van vijf bursts binnen hun voorspelde venster, gezien door WIND en andere ruimtevaartuigen die gammastraaluitbarstingen volgen, draagt ​​bij aan hun zelfvertrouwen. Echter, een enkele toekomstige uitbarsting die buiten het raam wordt waargenomen, zou de hele theorie weerleggen, of ervoor zorgen dat ze hun analyse volledig opnieuw doen.

"Het meest intrigerende en leuke voor mij was om voorspellingen te doen die in de lucht konden worden getest. We hebben vervolgens simulaties uitgevoerd met echte en willekeurige patronen en ontdekten dat het ons echt vertelde over de bursts, ' zei Denissenya.

Wat betreft de oorzaak van dit patroon, Grossan en Linder kunnen er alleen maar naar gissen. Men denkt dat zachte gammastraaluitbarstingen van magnetars gepaard gaan met sterbevingen, misschien veroorzaakt door interacties tussen de korst van de neutronenster en zijn intense magnetische veld. Magnetars draaien eens in de paar seconden, en als de rotatie gepaard gaat met een precessie - een schommeling in de rotatie - kan de bron van de burst-emissie alleen binnen een bepaald venster naar de aarde wijzen. Een andere mogelijkheid, Grossan zei, is dat een dichte, een roterende wolk van verduisterend materiaal omringt de magnetar, maar heeft een gat dat slechts periodiek toelaat dat uitbarstingen naar buiten komen en de aarde bereiken.

"In dit stadium van onze kennis van deze bronnen, we kunnen niet echt zeggen welke het is, " zei Grossan. "Dit is een rijk fenomeen dat waarschijnlijk enige tijd zal worden bestudeerd."

Linder is het ermee eens en wijst erop dat de vooruitgang is geboekt door de kruisbestuiving van technieken uit de astrofysische waarnemingen met hoge energie en de theoretische kosmologie.

"UC Berkeley is een geweldige plek waar diverse wetenschappers samen kunnen komen, "zei hij. "Ze zullen blijven kijken en leren en zelfs 'luisteren' met hun instrumenten voor meer honden in de nacht."