Gåtan med radioblixtar på väg att lösas

Den 28 april 2020 fångade det kanadensiska radioteleskopet Chime en kort men kraftig puls av radiostrålning från en neutronstjärna 30 000 ljusår bort i stjärnbilden Räven. Detta var något helt olikt alla kända astronomiska fenomen som observerats från vår egen galax. Signalen var däremot mycket lik något som förbryllat forskare i åratal: radioblixtar.

Radioblixtar är pulser av radiovågor som varar bara några tusendelar av en sekund, men som vid sin källa innehåller lika mycket energi som vår sol behöver flera veckor för att producera. Vad i universum som skulle kunna sända ut sådana pulser har länge varit en gåta. Många möjliga teoretiska modeller har lagts fram, men det har inte gått att belägga någon av dem. Men nu kunde en radioblixt för första gången knytas till ett speciellt objekt på himlen.

Neutronstjärnan som blixten kom ifrån är av en typ som kallas magnetar, en rest av en död stjärna med oerhört starkt magnetfält.

– Vi är ett stort steg närmare att förstå hur radioblixtarna uppkommer, säger astronomen Franz Kirsten.

Han har spanat efter radioblixtar sedan 2017, när han började arbeta vid Onsala rymdobservatorium på Västkusten. De är svårfångade, berättar han. Trots att det antagligen kommer ungefär tiotusen radioblixtar om dagen, från alla riktningar på himlen, kan forskarna bara fånga en bråkdel. Det gäller att ha turen att titta åt rätt håll vid rätt tidpunkt, eftersom en radioblixt varar bara några få tusendelar av en sekund.

Numera vet forskarna i alla fall vad de ska titta efter.

Radioblixtarna är ett exempel på att astronomin med hjälp av nya verktyg kan upptäcka helt nya saker.

– Vi hade helt enkelt inte tekniken för att gå igenom sådana oerhörda mängder av data för säg 20 år sedan, säger Franz Kirsten.

För att hitta radioblixtar behövs verktyg för att sålla igenom många timmar av radiodata, och kunna se ett fenomen som är förbi på några bråkdelar av en sekund.

Första radioblixten upptäcktes 2007

Astronomerna var till att börja med inte ens säkra på att det faktiskt var fråga om riktiga signaler. Kanske var det bara någon form av konstigt brus, eller någon störning från någon jordisk radiokälla.

– När den allra första radioblixten upptäcktes år 2007 var alla superskeptiska, säger Franz Kirsten.

Lorimerblixten kallas den, efter Duncan Lorimer som upptäckte den. Radioblixten hittades i arkiverade data från en sökning efter pulsarer, och den såg inte ut som någon tidigare studerad signal. Det var något helt nytt och okänt: en kraftig radiosignal som varade mindre än fem millisekunder – den dök upp och försvann spårlöst. Den okända källan låg i en riktning tre grader från granngalaxen Lilla magellanska molnet – men kanske tiotusen gånger längre bort, vilket innebär flera miljoner ljusår.

Det var själva formen på signalen som antydde att den kom från en källa på stort avstånd. De lägre frekvenserna i signalen kom lite efter de högre frekvenserna, som om de passerat genom ett material med olika brytningsindex för olika svängningar. Det här är en känd effekt som kallas dispersion. Radiovågor påverkas på just det sättet av fria elektroner som flyter omkring mellan galaxerna. Hur mycket en signal har påverkats kan ge ett mått på avståndet till källan, med hjälp av kvalificerade antaganden om hur mycket elektroner det finns i den intergalaktiska rymden.

Allra konstigast var att det bara verkade finnas en enda sådan radioblixt. Signalen upprepades inte, och den var en enskild kuriositet i flera år. Först 2013 började det bli mer intressant, då en forskargrupp publicerade upptäckten av fyra radioblixtar som fångats upp med Parkesteleskopet i Australien under 2011 och 2012. Forskarna diskuterade olika möjligheter i sin artikel i tidskriften Science och visade att det var mer sannolikt att signalerna hade sitt ursprung i rymden än från någon källa på jorden. Alla fyra kom från olika riktningar utanför vår galax, och signalernas dispersion tydde på att de hade sitt ursprung miljarder ljusår härifrån.

Efter detta började andra forskare att spana, och långsamt samlades fler upptäckter av radioblixtar. Frustrerande nog dök de upp och försvann så snabbt att det var svårt att ringa in varifrån de kom.

År 2015 upptäckte forskare vid Areciboteleskopet i Puerto Rico (numera taget ur bruk) flera radioblixtar från samma riktning som en radioblixt som de sett några år tidigare. Detta väckte nytt intresse, eftersom ingen tidigare hade sett en radioblixtkälla upprepa sig.

Forskarna hade olika teorier

Vissa teoretiska modeller gick ut på att radioblixtar uppstår i någon katastrofal händelse, som en stjärna som exploderar. Men om källan måste kunna ge upphov till flera radioblixtar kan den inte förstöras i processen. Då blev frågan om det fanns flera olika typer av källor till radioblixtar: de som upprepar sig och de som syns en gång och aldrig igen. Ett annat alternativ är att alla radioblixtkällor potentiellt kan upprepa sig, men att forskarna bara inte har lyckats upptäcka det.

En källa som upprepar sig gjorde det dessutom möjligt att noggrannare ringa in riktningen. Snart hade den lokaliserats till en dvärggalax tre miljoner ljusår bort. Galaxen studerades grundligt, men tycktes inte vara anmärkningsvärd på något sätt.

År 2017 ändrades läget, när radioteleskopet Chime kom in i spelet. Det konstruerades för att kartlägga utbredningen av vätgas i rymden, men det råkar också vara unikt lämpat för att kamma igenom hela himlen och upptäcka radioblixtar. Med detta verktyg har så många nya radioblixtar fångats att det inte längre är intressant att publicera varje enskild upptäckt. Just nu håller forskarna bakom Chime på att skriva en rapport där de redovisar och analyserar mer än femhundra nya radioblixtar.

De nya rönen från Chime har också gett astronomer vid andra teleskop mycket att arbeta med, bland dem Franz Kirsten. Förra året var han med om att lyckas ringa in riktningen till ännu en repeterande radioblixtkälla. Den befann sig i en relativt närbelägen massiv spiralgalax, vilket visade att källorna till radioblixtar kan finnas i skilda typer av galaxer och omgivningar. Det bekräftar också att de kan vara mycket olika kraftiga. Många radioblixtkällor upprepar sig antagligen, men eftersom de är så avlägsna kan instrument här på jorden bara upptäcka de allra kraftigaste.

Upptäckte radioblixt från vår egen galax

Till slut upptäckte också Chime den radioblixt som kom från vår egen galax, och som kunde kopplas till magnetaren SGR 1935+2154.

När informationen om den nya radioblixten spreds i astronomivärlden hoppade Franz Kirsten snabbt på tåget. Skulle det kanske komma fler blixtar från samma ställe? Han och några kollegor i Nederländerna och Polen riktade sina mindre radioteleskop mot magnetaren. De observerade under hela maj månad utan att se något, och började faktiskt tröttna lite.

– Men då kom två av de här blixtarna. De var ett par väldigt spännande veckor när vi sållade igenom dessa data, säger Franz Kirsten.

Han och kollegorna var ivriga att bidra med sin pusselbit till den här viktiga upptäckten, och började jobba intensivt på att få färdigt dataanalysen och skriva en artikel. Semestern närmade sig, men den fick maka på sig.

– Vi var nästan färdiga, så jag sa att jag jobbar en vecka till för att få det riktigt gjort.

En rad frågor återstår. Är de återkommande radioblixtarna och de ensamma samma typ av fenomen, eller finns det två sorter? Hur går processerna som plötsligt frigör massor av energi från magnetarernas magnetfält till? Och finns det radioblixtar med ett brett spann av energier, även mycket låga, som återstår att upptäcka?

Franz Kirsten är noga med att betona att radioblixtarnas gåta inte är helt löst ännu. Det är tydligt att vissa kommer från magnetarer. Kanske gör alla det, men det är inte helt säkert. Det återstår också att förstå detaljerna i hur de uppstår.

– Det är en riktigt, riktigt spännande gåta att försöka lista ut vad radioblixtar verkligen är för något och hur många det finns. Det finns så mycket kvar att göra.

Franz Kirsten har hittills inte varit först med att upptäcka någon radioblixt, men han fortsätter att spana efter sådana som upprepar sig.

– Vi observerar regelbundet i princip alla de repeterande källor som har upptäckts med Chime. Jag tror att det för närvarande är arton stycken.

Samtidigt håller forskningen om radioblixtar på att utvecklas från en spännande kuriositet, till att handla om ett fenomen bland andra som ger nycklar till att förstå universum.

– Vi kan använda radioblixtar som kosmologiska testsonder, säger Franz Kirsten.

Kunskap baserad på vetenskap

Prenumerera på Forskning & Framsteg!

Inlogg på fof.se • Tidning • Arkiv med tidigare nummer

Beställ i dag!

Genom att studera radioblixtar från kända källor på olika avstånd och i olika riktningar kan forskarna mäta hur mycket elektroner det finns mellan galaxerna – genom fenomenet med dispersion. Vissa forskare har också föreslagit att radioblixtar skulle kunna hjälpa till att besvara en av kosmologins gåtor, nämligen frågan om hur snabbt universum utvidgar sig (se F&F 10/2020).

Radioblixtarnas gåta visar också att det är väl värt att söka igenom astronomiska data, inte bara efter det som forskarna förväntar sig att hitta.

– För mig är det den viktigaste lärdomen från radioblixtar. Att vi behöver tänka ut sätt för att titta på data som kan fånga upp oväntade saker, säger Franz Kirsten.

Så kan radioblixtar uppstå

Klicka för att ladda ner infografiken som PDF.

Rymdens starkaste magneter

En magnetar (betonas som ”dromedar”) är en speciell typ av magnetiskt monsterfenomen. Magnetaren är en rest av en död stjärna, med ett oerhört starkt magnetfält. Antagligen är fältet nära magnetaren minst en miljard gånger starkare än i magnetkameror på sjukhus – så starkt att det lär dra ut och deformera själva atomerna i all materia som kommer nära.

Magnetarer är en speciell kategori av neutronstjärnor. En neutronstjärna är en mycket kompakt rest av en stjärna som exploderat i en supernova, men som inte är riktigt tillräckligt massiv för att bli ett svart hål. I en neutronstjärna har mer massa än vår egen sol pressats samman inom en radie av cirka en mil – ungefär så stort som en större stad. Atomerna i dess inre har tryckts ihop så mycket att elektronerna har absorberats av atomkärnorna. En negativ elektron absorberas då av en positiv proton och de bildar en neutron. Allt som finns kvar inuti neutronstjärnan är tätt packade neutroner.

Magnetarernas starka fält är antagligen inblandat i stjärnbävningar, då spänningar i neutronstjärnans yta plötsligt justeras och frigör energi. Detta tros vara mekanismen bakom en viss typ av gammablixtar, korta och intensiva utbrott av gammastrålning (ljus med ännu högre energi än röntgenstrålning). Flera andra fenomen kan förknippas med magnetarer, bland annat radioblixtar.