Astronomie

Die radiogolfpieken uit de ruimte? Dat zijn geen buitenaardse wezens.

Al jaren worden wetenschappers op aarde verbijsterd door de pieken aan radiogolven die van miljarden lichtjaren ver weg binnenkomen.

Door Nadia Drake
Foto's Van Jingchuan Yu, Beijing Planetarium

2 december 2015

Ze duren slechts een luttele duizendste van een seconde, de pieken die we radiopulsen noemen. Ze verschijnen willekeurig aan de hemel en worden vaak pas maanden of jaren nadat ze op aarde zijn aangekomen ontdekt.

Wetenschappers hebben nog niet ontrafeld wat deze uitermate felle pieken zijn en suggereren afwisselend dat de daders onder andere verdampende zwarte gaten, botsende objecten met hoge dichtheid of opvlammende stervende sterren kunnen zijn. Een tijdje dachten enkelen zelfs dat de raadselachtige pieken afkomstige waren van het leven op aarde, eerder nog dan signalen van buiten ons sterrenstelsel.

Een team van wetenschappers heeft nu, na een studie naar de vervormde en verstrooide radiogolven van een pas ontdekte piek, enkele cruciale aanwijzingen gevonden van de oorsprong van de piek: Het ontstond heel, heel ver hier vandaan in een gebied met erg dicht en gemagnetiseerd plasma – en het reisde door twee gaswolken heen voordat het botste op de Green Bank telescoop in West-Virginia.

“Het kan afkomstig zijn van een gebied waar een ster ontstaat, een restant van een supernova of de gebieden met hoge dichtheid in het midden van het universum. Maar dit wijst allemaal op een omgeving met jonge sterren, een gebied waar sterren ontstaan of waar sterren sterven en ontploffen”, zegt Kiyoshi Masui van de universiteit in Brits Columbia, die de piek beschrijft in Nature. “Er bestaan een hoop modellen voor wat deze snelle radiopulsen zijn. Ik zou op geen van hen zwaar inzetten, maar mijn favoriet is dat het vlammen zijn van magnetars.”

De gegevens uitpluizen

Masui en zijn collega's vonden de piek, met de naam FRB 110523, in gegevens die zij verzameld hadden bij de bestudering van de grotere structuur van het universum. Nadat ze geïnteresseerd raakten in de snelle radiopulsen besloot het team te gaan zoeken naar de kort-maar-krachtige signalen en schreven ze een computerprogramma om de 650 uren aan waarnemingen te doorzoeken. Het programma haalde 6.496 mogelijke pieken op – de ongelukkige taak om hier doorheen te zoeken met zijn eigen ogen werd toebedeeld aan Hsiu-Hsien Lin van de Carnegie Mellon universiteit, die vrij eenvoudig die ene echte piek vonden tussen de duizenden bedriegers.

De piek ontplofte op 23 mei 2011 in het sterrenbeeld Waterman en duurde grofweg 3 milliseconden. Door de manier waarop het team naar de kosmos keek konden de wetenschappers belangrijke informatie achterhalen over de ontstaansplek van de piek. Om deeltjes van een locatie te voorzien in het universum moet je gedetailleerde informatie verkrijgen over polarisatie, oftewel wat de oriëntatie is van de binnenkomende straling, zoals licht en radiogolven. “Ze moeten gegevens die volledige polarisatie informatie bevatten van een hele hoge kwaliteit en erg goed gekalibreerd”, zegt astronoom Scott Ransom van het Nationaal Radio Astronomie Observatorium. “Dat is nogal overdreven nauwkeurig voor de meeste observaties van een pulsar, waar we de meeste snelle radiopulsen in aantroffen in het verleden.”

Verstopt in die polarisatie gegevens zaten essentiële aanwijzingen. De radiogolven waren vervormd op hun reis door de kosmos, iets wat alleen gebeurt als ze door een magnetisch veld reizen. Door de vervorming van de golven te meten kon het team bepalen hoe sterk het magnetische veld is geweest – en er is niks in de Melkweg sterk genoeg om een radiogolf zo erg te vervormen. “Er is hier gewoonweg niet genoeg magnetisatie”, zegt Masui. “En in de zichtlijn zit er tussen ons en de piek verder alleen maar erg lege ruimte… dus het enige wat overblijft is dat de magnetisatie plaatsvond aan de bron zelf.”

Maar er is nog meer. Het team bepaalde dat de piek, bovenop het ontstaan bij een intens magnetische veld, door tenminste twee wolken geïoniseerd gas gereisd moet zijn. En op die plekken verspreiden de wolken de radiogolven en veranderden ze de vorm van piek. De eerste wolk ligt volgens Masui bij de ontstaansplek van de piek, de tweede ligt ergens in de Melkweg. Tot slot kwam het team erachter dat de piek niet meer dan 6 miljard lichtjaren kan hebben afgelegd voordat ze aankwam op de aarde. “Nou ja, het kan ergens tussen de 6 en de 100 miljard jaar hiervandaan liggen”, zegt Masui.

Astronomen die de pieken bestuderen zeggen dat het team degelijk werk heeft geleverd en dat de onderbouwing dat deze signalen van buiten ons sterrenstelsel komen steeds sterker wordt. “Het is verbazingwekkend wat ze hebben achterhaald met zo'n kleien hoeveelheid gegevens”, zegt Ransom. “Als deze dingen echt van buiten ons sterrenstelsel komen, dan zijn ze simpelweg onvoorstelbaar.”

Magnetars?

Masui en zijn collega's vermoeden dat de piek ontstond in een gebied waar jonge sterren zich vormen in een verafgelegen sterrenstelsel. Maar welk sterrenstelsel? “Er zijn zo'n 100 kandidaat sterrenstelsels die het zouden kunnen zijn – we hebben geen flauw idee”, zegt Masui. Gebieden waar sterren zich vormen staan erom bekend dat ze stoffig, turbulent en in zeldzame gevallen ook gewelddadig zijn. Hier ontbranden jonge sterren wanneer de druk van zwaartekracht stoffige brokken in nucleaire ovens verandert en de grootste, helderste sterren leven snel en sterven explosief.

Wanneer sommige van die grote sterren sterven, veranderen hun lichamen in magnetars – jonge en sterk magnetische tollende neutronensterren. Deze ongelofelijke en exotische objecten hebben een hoge dichtheid en magnetische velden die miljoenen malen sterker zijn dan de sterkste magneet ooit op aarde. Soms golft er een sterrenbeving door de korst van een magnetar en verstoort het de dode ster. Dit produceert enorme zonnevlammen die intense gammastraling uitzenden.

Astronomen vermoeden nu dat deze vlammende magnetars misschien ook wel radiogolven uitzenden – en zij zouden dus de daders kunnen zijn achter de snelle radiopulsen. “Zij zijn een van de krachtigste bronnen – afgezien van de zon, die hier toevallig vlakbij staat – van hoogenergetische straling die we op aarde binnenkrijgen”, zegt Shrinivan Kulkarni, astrofysicus aan Caltech, die jarenlang twijfels had of de pieken van buiten de Melkweg kwamen. Hij zegt nu dat de samenhang van het bewijs een afkomst van buiten het sterrenstelsel aandraagt – een conclusie die hij deze week in een artikel indiende bij de arXiv. “Elke poging die ik heb ondernomen om aan te tonen dat de pieken van dichtbij afkomstig zijn, is mislukt”, zegt hij.

In zijn recente artikel namen Kulkarni en zijn collega's een piek onder de loep die was waargenomen door het Arecibo observatorium in Puerto Rico. Ze trokken onafhankelijk van elkaar conclusies die overeenkomen met die van Masui en zijn collega's: De piek is afkomstig van buiten het sterrenstelsel, vanuit een gebied met strek magnetisch plasma met een hoge dichtheid. Ondanks dat teams deze conclusies trokken uit slechts 2 van de 16 bekende snelle radiopulsen, zijn de resultaten nog steeds goed nieuws voor wetenschappers die op zoek zijn naar de oorsprong van de signalen – een zoektocht die makkelijker zou moeten worden nu er een nieuwe generatie telescopen online begint te komen. “Het is erg opwindend”, zegt Duncan Lorimer, de astronoom aan de universiteit van West-Virginia die de eerste snelle radiopuls ontdekte in 2007. “We boeken wel degelijk vooruitgang in het oplossen van dit mysterie.”