Wat veroorzaakt mysterieuze uitbarstingen van radiogolven vanuit de verre ruimte? Astronomen zijn wellicht een stap dichter bij het geven van één antwoord op die vraag. Twee röntgentelescopen van NASA hebben onlangs een van dergelijke gebeurtenissen waargenomen – bekend als een snelle radioflits – slechts enkele minuten vóór en nadat deze plaatsvond. Deze ongekende visie zet wetenschappers op een pad om deze extreme radiogebeurtenissen beter te begrijpen.

Hoewel ze slechts een fractie van een seconde duren, kunnen snelle radio-uitbarstingen ongeveer evenveel energie vrijgeven als de zon in een jaar tijd. Hun licht vormt ook een laserachtige straal, waardoor ze zich onderscheiden van meer chaotische kosmische explosies.

Omdat de uitbarstingen zo kort zijn, is het vaak moeilijk vast te stellen waar ze vandaan komen. Vóór 2020 ontstonden de bronnen waarvan de bron werd getraceerd, buiten ons eigen sterrenstelsel – te ver weg voor astronomen om te kunnen zien waardoor ze zijn ontstaan. Toen barstte er een snelle radio-uitbarsting los in het thuisstelsel van de aarde, afkomstig van een extreem dicht object dat een magnetar wordt genoemd:de ingestorte overblijfselen van een geëxplodeerde ster.

In oktober 2022 produceerde dezelfde magnetar, SGR 1935+2154 genaamd, opnieuw een snelle radioflits, deze werd in detail bestudeerd door NASA's NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) op het International Space Station en NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) in lage resolutie. Baan om de aarde.

De telescopen observeerden de magnetar urenlang en vingen een glimp op van wat er op het oppervlak van het bronobject en in de directe omgeving gebeurde voor en na de snelle radio-uitbarsting. De resultaten worden beschreven in een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Nature zijn een voorbeeld van hoe NASA-telescopen kunnen samenwerken om kortstondige gebeurtenissen in de kosmos te observeren en op te volgen.

De uitbarsting vond plaats tussen twee "storingen" toen de magnetar plotseling sneller begon te draaien. SGR 1935+2154 heeft een geschatte diameter van ongeveer 20 kilometer en draait ongeveer 3,2 keer per seconde rond, wat betekent dat het oppervlak met een snelheid van ongeveer 11.000 km per uur bewoog. Het vertragen of versnellen zou een aanzienlijke hoeveelheid energie vergen.

Dat is de reden waarom de auteurs van het onderzoek verbaasd waren toen ze zagen dat de magnetar tussen de storingen door in slechts negen uur afremde tot minder dan de snelheid van vóór de storing, oftewel ongeveer 100 keer sneller dan ooit bij een magnetar is waargenomen.

"Wanneer zich storingen voordoen, duurt het doorgaans weken of maanden voordat de magnetar weer op normale snelheid terugkeert", zegt Chin-Ping Hu, astrofysicus aan de National Changhua University of Education in Taiwan en hoofdauteur van de nieuwe studie. "Het is dus duidelijk dat dingen met deze objecten gebeuren op veel kortere tijdschalen dan we eerder dachten, en dat zou te maken kunnen hebben met hoe snel radioflitsen worden gegenereerd."

Centrifugeercyclus

Wanneer wetenschappers precies proberen uit te vinden hoe magnetars snelle radioflitsen produceren, moeten ze met veel variabelen rekening houden.

Magnetars (een soort neutronenster) zijn bijvoorbeeld zo compact dat een theelepel van hun materiaal op aarde ongeveer een miljard ton zou wegen. Zo'n hoge dichtheid betekent ook een sterke zwaartekracht:een marshmallow die op een typische neutronenster valt, zou inslaan met de kracht van een vroege atoombom.

De sterke zwaartekracht betekent dat het oppervlak van een magnetar een vluchtige plek is, waar regelmatig uitbarstingen van röntgenstraling en licht met hogere energie vrijkomen. Vóór de snelle radio-uitbarsting die in 2022 plaatsvond, begon de magnetar uitbarstingen van röntgenstraling en gammastraling (nog energetische golflengten van licht) vrij te geven die werden waargenomen in het perifere zicht van hoogenergetische ruimtetelescopen. Deze toename van de activiteit was voor missie-operators aanleiding om NICER en NuSTAR rechtstreeks op de magnetar te richten.

"Al die röntgenuitbarstingen die vóór deze storing plaatsvonden, zouden in principe genoeg energie hebben gehad om een ​​snelle radio-uitbarsting te creëren, maar dat gebeurde niet", zegt co-auteur van het onderzoek Zorawar Wadiasingh, wetenschappelijk onderzoeker aan de Universiteit van New York. Maryland, College Park en het Goddard Space Flight Center van NASA. "Het lijkt er dus op dat er tijdens de periode van vertraging iets is veranderd, waardoor de juiste omstandigheden zijn ontstaan."

Wat zou er nog meer kunnen zijn gebeurd met SGR 1935+2154 om een ​​snelle radioflits te produceren? Eén factor zou kunnen zijn dat de buitenkant van een magnetar massief is, en dat de hoge dichtheid de binnenkant verplettert in een toestand die superfluïde wordt genoemd. Af en toe kunnen de twee uit de pas lopen, zoals water dat rondklotst in een draaiende vissenkom. Wanneer dit gebeurt, kan de vloeistof energie aan de korst leveren. De auteurs van het artikel denken dat dit waarschijnlijk de oorzaak is van beide problemen die de snelle radio-uitbarsting hebben veroorzaakt.

Als de aanvankelijke fout een scheur in het oppervlak van de magnetar veroorzaakte, zou er mogelijk materiaal uit het binnenste van de ster in de ruimte terecht zijn gekomen, net als bij een vulkaanuitbarsting. Het verliezen van massa zorgt ervoor dat draaiende objecten langzamer gaan draaien, dus de onderzoekers denken dat dit de snelle vertraging van de magnetar zou kunnen verklaren.

Maar omdat het team slechts één van deze gebeurtenissen in realtime heeft waargenomen, kan het team nog steeds niet met zekerheid zeggen welke van deze factoren (of andere, zoals het krachtige magnetische veld van de magnetar) zouden kunnen leiden tot de productie van een snelle radioflits. Sommige zijn mogelijk helemaal niet verbonden met de burst.

"We hebben ongetwijfeld iets waargenomen dat belangrijk is voor ons begrip van snelle radio-uitbarstingen", zegt George Younes, onderzoeker bij Goddard en lid van het NICER-wetenschapsteam dat gespecialiseerd is in magnetars. "Maar ik denk dat we nog veel meer gegevens nodig hebben om het mysterie te voltooien."

Meer informatie: Chin-Ping Hu, Snelle draaiveranderingen rond een magnetar snelle radio-uitbarsting, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-023-07012-5. www.nature.com/articles/s41586-023-07012-5

Journaalinformatie: Natuur

Geleverd door NASA