Intensiva radioblixtar på enorma avstånd från jorden har länge gäckat astronomer, men nu är de på väg att lösa gåtan om deras ursprung. Nya mätningar avslöjar nämligen att blixtarna uppstår bland gamla stjärnor i galaxen M81– på ett sätt ingen hade väntat sig. Upptäckten kan leda till ny kunskap om hur stjärnor lever och dör.
Radioblixtar är oförutsägbara och extremt korta ljusglimtar från rymden. Astronomer har kämpat för att förstå dem ända sedan de först upptäcktes 2007. Hittills har de bara kunnat ses av radioteleskop.
Varje blixt varar bara tusendelar av en sekund. Ändå sänder var och en ut lika mycket energi som solen avger på ett dygn. Varje dag smäller flera hundra blixtar och de har observerats över hela himlen. De flesta ligger på enorma avstånd från jorden, i galaxer flera miljarder ljusår bort.
I två artiklar presenterar nu astronomer från ett internationellt team nya observationer, som tar dem ett steg närmare en lösning av mysteriet.
Letade efter blixtarnas ursprung
När en källa till upprepade blixtar upptäcktes i stjärnbilden Stora björnen januari 2020 satte forskarna igång med att göra högprecisionsmätningar. De ville leta efter ledtrådar till blixtarnas ursprung.
– Genom att använda många radioteleskop tillsammans kan vi fastställa en källas läge på himlen med extremt hög precision. Det ger möjlighet att se hur omgivningarna ser ut där radioblixtar skapas, säger Franz Kirsten som är forskare vid Onsala rymdobservatorium och Nederländernas institut för radioastronomi, Astron.
Mätningar från flera teleskop
För att studera källan med högsta möjliga upplösning och känslighet använde forskarna mätningar gjorda samtidigt med teleskopen i nätverket European VLBI Network (EVN). Genom att kombinera data från tolv parabolantenner spridda över halva jordklotet kunde de ta reda på exakt varifrån på himlen som blixtarna sändes ut.
Mätningarna kompletterades med data från flera andra teleskop, bland annat Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) i New Mexico, USA.
Nära galaxen Messier 81
När astronomerna analyserade sina mätningar upptäcktes att de återkommande radioblixtarna hade ett helt oväntat ursprung.
Utbrotten kunde spåras till utkanterna av den närliggande spiralgalaxen Messier 81 (M 81), cirka tolv miljoner ljusår bort. Det är ett stort avstånd, men ändå närmare än någon annan källa till radioblixtar som hittills upptäckts.
Ännu en överraskning väntade. Läget på himlen stämde exakt överens med en tät klunga av mycket gamla stjärnor – en klotformig stjärnhop som också kallas klothop.
– Det var häpnadsväckande att hitta radioblixtar från ett klothop. Det här är ett ställe i rymden där det bara finns gamla stjärnor. Längre ut i universum har man hittat radioblixtar på platser där stjärnor är mycket yngre. Så det här måste vara något annat, säger Kenzie Nimmo som är verksam vid Amsterdams universitet och Astron.
Magnetiska rester från stjärnexplosioner
Många radioblixtar har hittats omgivna av unga och tunga stjärnor, som är långt större än solen. I sådana omgivningar är stjärnexplosioner vanliga. Stjärnor som exploderar kan lämna efter sig starkt magnetiserade rester – och några av dessa märkliga himlakroppar kallas magnetarer.
Forskare har trott att magnetarer kan skapa åtminstone en del av alla radioblixtar. Magnetarer är universums mest kraftfulla kända magneter, och utgör de extremt täta resterna av stjärnor som nyligen har exploderat.
Jason Hessels är astronom vid Amsterdams universitet och Astron:
– Vi väntar oss att magnetarer ska vara nya, och definitivt inte omgivna av gamla stjärnor. Så om det vi upptäckt här verkligen är en magnetar kan den inte ha bildats när en ung stjärna exploderade. Det måste finnas ett annat sätt, säger han.
Vit dvärg kollapsade
Teamet tror att radioblixtarnas källa är en typ av himlakropp som förutspåtts av andra forskare, men som aldrig setts förut: en magnetar som bildades när en så kallad vit dvärg gick upp i vikt så mycket att den störtade samman under sin egen tyngd.
– Märkliga saker kan hända under de långa årmiljarderna i en tät stjärnhops liv. Här tror vi att vi fått syn på en stjärna som har en alldeles ovanlig historia, förklarar Franz Kirsten.
Med tiden blir vanliga stjärnor som solen gamla och förvandlas till små, täta, ljusa himlakroppar som kallas vita dvärgar. Många av stjärnhopens invånare lever i par, det vill säga som dubbelstjärnor. Av de tiotusentals stjärnorna i hopen kan några få komma tillräckligt nära varandra för att den ena stjärnan kan samla in material från den andra.
Det kan leda till en ödesdiger utgång för den ena stjärnan, och som på engelska kallas ”accretion-induced collapse”.
– Om en av de vita dvärgarna kan fånga tillräckligt med extra massa från sin följeslagare, kan den förvandlas till en ännu tätare stjärna, känd som en neutronstjärna. Det är en sällsynt händelse, men i en klunga av urgamla stjärnor är det ändå det enklaste sättet som radioblixtar kan skapas, säger Mohit Bhardwaj, astronom vid McGill-universitetet i Kanada.
Snabbaste någonsin
När astronomerna letade efter ytterligare ledtrådar genom att zooma in i sina mätdata blev de än en gång överraskade. En del av blixtarna var ännu kortare än de hade förväntat sig.
– Utbrotten flammade upp och ner i ljusstyrka under så kort tid som några tiotals nanosekunder. Det säger oss att de måste komma från en väldigt liten volym i rymden, mindre än en fotbollsplan och kanske bara tiotals meter i diameter, säger Kenzie Nimmo.
Liknande blixtsnabba radiosignaler har tidigare kunnat fångas upp från himlens mest kända stjärnrest, Krabbpulsaren. Den är en pytteliten och oerhört tätpackad himlakropp som är en kvarleva efter en supernovaexplosion som kunde ses från jorden år 1054 i stjärnbilden Oxen.
Kraftfull signal
Både magnetarer och pulsarer är olika typer av neutronstjärnor, det vill säga extremt sammanpackade himlakroppar med solens massa i en volym lika stor som en stad på jorden och med starka magnetfält.
– Av de signaler vi mätte upp var några väldigt korta och extremt kraftfulla, på precis samma sätt som vissa signaler från Krabbpulsaren. Det tyder på att det vi ser verkligen är en magnetar, men på en plats där inga magnetarer har hittats tidigare, säger Kenzie Nimmo.
Framtida observationer av detta system och andra kommer att hjälpa till att avgöra om källan verkligen är en ovanlig magnetar eller något annat. Mätningarna kan möjligen även förklaras av en ovanlig pulsar, eller ett dubbelsystem där ett svart hål och en tät stjärna kretsar kring varandra.
– De här radioblixtarna tycks kunna ge oss nya och oväntade insikter om hur stjärnor lever och dör. Om det är riktigt kan de på samma sätt som supernovor berätta för oss om stjärnor och hur de lever i hela universum, säger Franz Kirsten.
Vetenskapliga artiklar
A repeating fast radio burst source in a globular cluster , publicerad i Nature.
Burst timescales and luminosities link young pulsars and fast radio bursts, publicerad i Nature Astronomy.
Kontakt
Franz Kirsten, Astron i Nederländerna och Onsala rymdobservatorium, Chalmers tekniska högskola, franz.kirsten@chalmers.se
Rymdobservationer med teleskop – så går det till
Forskningen baseras på observationer med bland annat rymdteleskopen Hubble, Chandra och Fermi samt Subaru-teleskopet på Hawaii.
Långbasinterferometri eller VLBI (very long baseline interferometry) är en astronomisk metod som går ut på att flera radioteleskop som ligger långt från varandra samtidigt observerar samma område på himlen. Data från varje teleskop skickas sedan till en central dator för att skapa bilder med hög upplösningen – till och med högre än världens bästa teleskop för synligt ljus.
European VLBI Network är en interferometrisk uppställning av radioteleskop i Europa, Asien, Sydafrika och Amerika som genomför unika, högupplösta radioastronomiska observationer av kosmiska radiokällor.
