Door twee van de grootste radiotelescopen ter wereld met elkaar te verbinden, astronomen hebben ontdekt dat een eenvoudige binaire wind toch niet de raadselachtige periodiciteit van een snelle radio-uitbarsting kan veroorzaken. De uitbarstingen kunnen afkomstig zijn van een sterk gemagnetiseerde, geïsoleerde neutronenster. De radiodetecties laten ook zien dat snelle radioflitsen, enkele van de meest energetische gebeurtenissen in het universum, zijn vrij van omhullend materiaal. Die transparantie vergroot hun belang voor de kosmologie verder. De resultaten verschijnen in Natuur deze week.

Radiokleuren

Het gebruik van "radiokleuren" leidde tot de doorbraak. Bij optisch licht, kleuren zijn hoe het oog elke golflengte onderscheidt. Onze regenboog gaat van blauw optisch licht met een kortere golflengte, naar rood optisch licht met een langere golflengte. Maar elektromagnetische straling die het menselijk oog niet kan zien, omdat de golflengte te lang of te kort is, is even echt. Astronomen noemen dit 'ultraviolet licht' of 'radiolicht'. Het radiolicht verlengt de regenboog tot voorbij de rode rand die we zien. De radioregenboog zelf gaat ook van "blauwer, " radio met korte golflengte naar "rodere" radio met lange golflengte. Radiogolflengten zijn een miljoen keer langer dan de golflengten van optisch blauw en rood, maar in wezen zijn het gewoon "kleuren":radiokleuren.

Het team van astronomen heeft nu een snelle radio-uitbarsting op twee radiogolflengten bestudeerd:een blauwere, een veel roder - tegelijkertijd. snelle radio-uitbarstingen zijn enkele van de helderste flitsen aan de radiohemel, maar ze zenden uit buiten onze menselijke visie. Ze gaan maar 1/1000ste van een seconde mee. De energie die nodig is om snelle radio-uitbarstingen te vormen, moet buitengewoon hoog zijn. Nog altijd, hun exacte aard is onbekend. Sommige snelle radioflitsen herhalen zich, en in het geval van FRB 20180916B, die herhaling is periodiek. Deze periodiciteit leidde tot een reeks modellen waarin snelle radio-uitbarstingen afkomstig zijn van een paar sterren die om elkaar heen draaien. De binaire baan en de stellaire wind creëren dan de periodiciteit. "Van sterke stellaire winden van de metgezel van de snelle radioburst-bron werd verwacht dat ze de meeste blauw zouden laten, radiolicht met korte golflengte ontsnapt aan het systeem. Maar de rodere langegolfradio zou meer moeten worden geblokkeerd, of zelfs helemaal, " zegt Inés Pastor-Marazuela (Universiteit van Amsterdam en ASTRON), de eerste auteur van de publicatie.

Combinatie van Westerbork en LOFAR

Om dit model te testen, het sterrenkundig team combineerde de LOFAR en vernieuwde Westerbork-telescopen. Zo konden ze FRB 20180916B gelijktijdig bestuderen op twee radiokleuren. Westerbork keek naar de blauwere golflengte van 21 centimeter, LOFAR observeerde de veel rodere, 3 meter golflengte. Beide telescopen namen radiofilmpjes op met duizenden beelden per seconde. Een zeer snelle machine-learning supercomputer detecteerde snel bursts. "Zodra we de gegevens hebben geanalyseerd, en vergeleek de twee radiokleuren, wij waren zeer verrast, " zegt Pastor-Marazuela. "Bestaande binaire windmodellen voorspelden dat de uitbarstingen alleen in blauw zouden schijnen, of in ieder geval veel langer daar. Maar we zagen twee dagen blauwer, radio-uitbarstingen, gevolgd door drie dagen rodere radio-uitbarstingen. We sluiten de originele modellen nu uit - er moet iets anders aan de hand zijn."

De snelle radioburst-detecties waren de eerste ooit met LOFAR. Tot dan toe was er geen enkele gezien bij golflengten langer dan 1 meter. Dr. Yogesh Maan van ASTRON zag voor het eerst de LOFAR-uitbarstingen:"Het was opwindend om te ontdekken dat snelle radio-uitbarstingen op zulke lange golflengten schijnen. Na het doornemen van enorme hoeveelheden gegevens, Ik kon het in het begin moeilijk geloven, ook al was de detectie overtuigend. Spoedig, nog meer uitbarstingen kwamen binnen." Deze ontdekking is belangrijk omdat het betekent hoe roder, lange-golflengte radio-emissie kan ontsnappen uit de omgeving rond de bron van de snelle radio-uitbarsting. "Het feit dat sommige snelle radioflitsen in schone omgevingen leven, relatief onbelemmerd door een dichte elektronenmist in het gaststelsel, is erg spannend, " zegt co-auteur Dr. Liam Connor (U. Amsterdam/ASTRON). "Zulke kale snelle radio-uitbarstingen zullen ons in staat stellen de ongrijpbare baryonische materie op te sporen die in het universum nog steeds niet wordt gevonden."

Magnetars

De LOFAR-telescoop en het Apertif-systeem op Westerbork zijn elk op zich al formidabel, maar de doorbraken werden mogelijk gemaakt omdat het team de twee rechtstreeks met elkaar verbond, alsof ze één waren. "We bouwden een realtime machine learning-systeem op Westerbork dat LOFAR alarmeerde wanneer er een burst binnenkwam, " zegt hoofdonderzoeker dr. Joeri van Leeuwen (ASTRON/U. Amsterdam), "Maar er werden geen gelijktijdige LOFAR-uitbarstingen gezien. Ten eerste, we dachten dat een waas rond de snelle radio-uitbarstingen alle rodere uitbarstingen blokkeerde - maar verrassend genoeg, zodra de blauwere uitbarstingen waren gestopt, toch verschenen er rodere uitbarstingen. Toen realiseerden we ons dat eenvoudige binaire windmodellen uitgesloten waren. snelle radio-uitbarstingen zijn kaal, en kan worden gemaakt door magnetars."

Dergelijke magnetars zijn neutronensterren, met een veel hogere dichtheid dan lood, die ook sterk magnetisch zijn. Hun magnetische velden zijn vele malen sterker dan de sterkste magneet in een aards laboratorium. "Een geïsoleerde, langzaam roterende magnetar verklaart het gedrag dat we ontdekten het beste, "zegt Pastor-Marazuela. "Het voelt veel als een detective - onze observaties hebben aanzienlijk beperkt welke snelle radioburst-modellen kunnen werken."