Astronomen hebben slechts het tweede voorbeeld gevonden van een zeer actieve, herhalende snelle radio-uitbarsting (FRB) met een compacte bron van zwakkere maar aanhoudende radio-emissie tussen bursts. De ontdekking roept nieuwe vragen op over de aard van deze mysterieuze objecten en ook over hun bruikbaarheid als hulpmiddelen voor het bestuderen van de aard van de intergalactische ruimte. De wetenschappers gebruikten de Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) en andere telescopen van de National Science Foundation om het object te bestuderen, dat voor het eerst werd ontdekt in 2019.

Het object, FRB 190520 genaamd, werd gevonden door de vijfhonderd meter lange Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) in China. Een uitbarsting van het object vond plaats op 20 mei 2019 en werd in november van dat jaar gevonden in gegevens van die telescoop. Vervolgobservaties met FAST toonden aan dat het, in tegenstelling tot veel andere FRB's, frequente, zich herhalende uitbarstingen van radiogolven uitzendt.

Waarnemingen met de VLA in 2020 bepaalden de locatie van het object, en dat maakte waarnemingen in zichtbaar licht met de Subaru-telescoop op Hawaï mogelijk om aan te tonen dat het zich in de buitenwijken van een dwergstelsel bevindt, bijna 3 miljard lichtjaar van de aarde. Uit de VLA-waarnemingen bleek ook dat het object tussen bursts voortdurend zwakkere radiogolven uitzendt.

"Deze kenmerken zorgen ervoor dat deze veel lijkt op de allereerste FRB wiens positie werd bepaald - ook door de VLA - in 2016", zegt Casey Law van Caltech. Die ontwikkeling was een grote doorbraak en leverde de eerste informatie op over de omgeving en afstand van een FRB. De combinatie van herhalende bursts en aanhoudende radio-emissie tussen bursts, afkomstig uit een compact gebied, plaatste het object uit 2016, FRB 121102 genaamd, tot nu toe echter apart van alle andere bekende FRB's.

"Nu hebben we er twee zoals deze, en dat roept een aantal belangrijke vragen op", zei Law. Law maakt deel uit van een internationaal team van astronomen die hun bevindingen rapporteren in het tijdschrift Nature .

De verschillen tussen FRB 190520 en FRB 121102 en alle andere versterken een eerder gesuggereerde mogelijkheid dat er twee verschillende soorten FRB's kunnen zijn.

"Zijn degenen die herhalen anders dan degenen die dat niet doen? Hoe zit het met de aanhoudende radio-emissie - is dat gebruikelijk?" zei Kshitij Aggarwal, een afgestudeerde student aan de West Virginia University (WVU).

De astronomen suggereren dat er ofwel twee verschillende mechanismen zijn die FRB's produceren of dat de objecten die ze produceren in verschillende stadia van hun evolutie anders kunnen werken. Vooraanstaande kandidaten voor de bronnen van FRB's zijn de superdichte neutronensterren die overblijven nadat een massieve ster als een supernova explodeert, of neutronensterren met ultrasterke magnetische velden, magnetars genaamd.

Een kenmerk van FRB 190520 doet twijfels rijzen over het nut van FRB's als hulpmiddelen voor het bestuderen van het materiaal tussen hen en de aarde. Astronomen analyseren vaak de effecten van tussenliggend materiaal op de radiogolven die worden uitgezonden door verre objecten om meer te weten te komen over dat ijle materiaal zelf. Een zo'n effect treedt op wanneer radiogolven door de ruimte gaan die vrije elektronen bevat. In dat geval reizen golven met een hogere frequentie sneller dan golven met een lagere frequentie.

Dit effect, dispersie genaamd, kan worden gemeten om de dichtheid van elektronen in de ruimte tussen het object en de aarde te bepalen, of, als de elektronendichtheid bekend is of wordt aangenomen, een ruwe schatting geven van de afstand tot het object. Het effect wordt vaak gebruikt om afstandsschattingen tot pulsars te maken.

Dat werkte niet voor FRB 190520. Een onafhankelijke meting van de afstand op basis van de Doppler-verschuiving van het licht van de melkweg, veroorzaakt door de uitdijing van het heelal, plaatste de melkweg op bijna 3 miljard lichtjaar van de aarde. Het signaal van de burst vertoont echter een hoeveelheid dispersie die normaal gesproken een afstand van ongeveer 8 tot 9,5 miljard lichtjaar aangeeft.

"Dit betekent dat er veel materiaal in de buurt van de FRB is dat elke poging om het te gebruiken om het gas tussen sterrenstelsels te meten, zou verwarren," zei Aggarwal. "Als dat bij anderen het geval is, kunnen we er niet op rekenen dat FRB's als kosmische maatstaven worden gebruikt", voegde hij eraan toe.

De astronomen speculeerden dat FRB 190520 een 'pasgeborene' zou kunnen zijn, nog steeds omringd door dicht materiaal dat werd uitgestoten door de supernova-explosie die de neutronenster achterliet. Naarmate dat materiaal uiteindelijk verdwijnt, zou ook de verspreiding van de burst-signalen afnemen. In het "pasgeboren" scenario, zeiden ze, zouden de herhaalde uitbarstingen ook een kenmerk kunnen zijn van jongere FRB's en afnemen met de leeftijd.

"Het FRB-veld beweegt momenteel erg snel en er komen maandelijks nieuwe ontdekkingen uit. Er zijn echter nog steeds grote vragen en dit object geeft ons uitdagende aanwijzingen over die vragen", zegt Sarah Burke-Spolaor van WVU. + Verder verkennen

Persistente radiobron QRS121102 in detail onderzocht