Ruimte

Bizarre radiopuls herleid tot oorsprong in de ruimte

De ontdekking versterkt het mysterie rond ‘fast radio bursts’, de echo’s van extreem krachtige kosmische explosies.maandag 1 juli 2019

Door Nadia Drake
Met behulp van een cluster van radioschotels, de Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP), waarvan enkele op de foto zijn te zien, hebben astronomen voor het eerst de exacte oorsprong van een ‘fast radio burst’ (FRB) aan de nachthemel kunnen lokaliseren.

Lang geleden, in een sterrenstelsel op zeer grote afstand van de aarde, stuurde een geheimzinnig object een puls van radiogolven de kosmos in. In september vorig jaar botste die radiopuls op een cluster van radiotelescopen in de outback van West-Australië. Hoewel het bombardement van radiogolven maar enkele milliseconden duurde, konden wetenschappers de radiopuls tot zijn oorsprong herleiden: een sterrenstelsel op 3,6 miljard lichtjaar van de aarde, in het sterrenbeeld Grus (Kraanvogel).

Hoewel astronomen het afgelopen decennium honderden van deze kosmische pulsen hebben waargenomen, is het de eerste keer dat ze in staat zijn geweest om één enkele ‘fast radio burst’ ten tijde van de uitbraak vast te leggen en de oorsprong ervan te herleiden. Als we weten waar deze fast radio bursts (FRB’s) vandaan komen, zouden wetenschappers in principe in staat moeten zijn om meer te weten te komen over het hoe en waarom achter deze extreme explosies.

“Het lokaliseren is van cruciaal belang,” zegt Keith Bannister van de Australische Commonwealth Science and Industrial Research Organization, die de oorsprong van de puls vorige week bekendmaakte in het tijdschrift Science. “De volgende paar plaatsbepalingen zullen hopelijk aantonen hoe divers het fenomeen is waarmee we te maken hebben, en dat zal de theoretici echt helpen om uit te zoeken wat er aan de hand is.”

Maar voorlopig vergroot deze nieuwe waarneming het mysterie alleen maar.

“Ik weet niet of we een stukje dichterbij een verklaring voor FRB’s zijn gekomen, maar dit geeft ons wél een vollediger beeld van het fenomeen,” zegt Emily Petroff van de Universiteit van Amsterdam, een van de meest vooraanstaande experts op het gebied van ‘fast radio bursts’.

Een flinke knal

‘Fast radio bursts’ deden voor het eerst tien jaar geleden van zich spreken toen Duncan Lorimer van de West Virginia University een uitbarsting van radiogolven spotte die slechts een fractie van een seconde duurde. Lorimer herkende de radiopuls in gegevens die eerder door het Australische Parkes Observatory waren verzameld. Destijds betwijfelden astronomen of de uitbarsting wel van kosmische oorsprong was, want ze was zó ongelooflijk krachtig en leek van een zó grote afstand te komen dat veel astronomen vermoedden dat het om een signaal ging dat ergens op aarde ontstond en zich alleen maar voordeed als exotisch kosmisch fenomeen.

Maar daarna werden meer pulsen waargenomen. Sommige werden zelfs door meerdere telescopen gespot en astronomen begonnen serieus te speuren naar de zeer verre oorsprong van deze FRB’s. In de eerste hypothese werd uitgegaan van verdampende zwarte gaten, kosmische explosies, extreem dichte resten van sterren en inderdaad, buitenaardse intelligentie. Maar de uitbarstingen waren zó kortstondig dat ze heel lastig waren te spotten en bestuderen.

In 2016 maakten astronomen die werkten met de grote radiotelescoop van Arecibo in Puerto Rico bekend dat een van de waargenomen pulsen, met de aanduiding FRB 121102, maar bleef uitbarsten. En in tegenstelling tot andere pulsen van deze aard is FRB 121102 nog steeds niet gestopt met het uitzenden van radiogolven. In 2017 wisten wetenschappers deze puls eindelijk te herleiden tot een vreemd vlekje in de verre kosmos: een dwergsterrenstelsel op zo’n drie miljard lichtjaar van de aarde.

Volgens een populaire hypothese gaat het bij deze uitbarstingen om jonge en extreem magnetische neutronensterren genaamd magnetars, de restanten van sterren die ooit kolossaal waren en zeer snel door hun brandstof heen waren. Maar hoewel er inmiddels honderden FRB’s door telescopen in Australië, Rusland, de VS en Canada zijn opgepikt, blijft hun oorsprong nog steeds een raadsel.

Nieuwe hoop

Daarom wilden Bannister en zijn collega’s deze zo kortdurende astrofysische fenomenen nader bestuderen met behulp van de Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP).

Met zijn 36 radioschotels, die een gebied van zo’n vijfenhalve vierkante kilometer beslaan, konden de astronomen kleine vertragingen in de aankomst van de puls op Aarde gebruiken om zijn precieze locatie aan de nachthemel te bepalen. En op 24 september 2018 wisten de telescopen – door middel van software die speciaal was ontwikkeld om één enkele FRB te lokaliseren – hun eerste buit in de wacht te slepen: FRB 180924.

Met behulp van vervolgobservaties door optische telescopen op Hawaï en in Chili kon het team het sterrenstelsel identificeren waaruit de puls was verzonden, op ongeveer 3,6 miljard lichtjaar van de Aarde. Deze specifieke FRB was van de rand van een groot en mogelijk spiraalvormig sterrenstelsel afkomstig, dat doet denken aan een jongere versie van onze Melkweg.

“Het sterrenstelsel in kwestie is eigenlijk vrij saai,” zegt Bannister. “De meeste sterren in het universum bevinden zich in sterrenstelsel als deze, dus voor een ster is dit heel gewoontjes. Maar het is een groot verschil met het sterrenstelsel waarin FRB 121102 werd gespot.”

Het sterrenstelsel van FRB 180924 bevat circa duizendmaal meer massa dan de vreemde en vage dwerg waarin FRB 121102 werd waargenomen. In het nieuwe stelsel ligt het tempo van sterformatie ook veel lager, wat betekent dat sterren die onlangs aan hun einde zijn gekomen, zoals magnetars, hier niet zouden moeten voorkomen omdat grote, opzwellende sterren die imploderen tot extreme dichte restanten normaliter voorkomen in regio’s waarin veel nieuwe sterren ontstaan.

“Het is een raadsel waarom deze twee sterrenstelsels zoveel van elkaar verschillen, maar ik denk dat het aantoont dat we nog maar weinig weten over de sterrenstelsels waarin FRB’s zich voordoen,” zegt Petroff. “In zekere zin is het een opluchting voor mij dat deze FRB niet ook in een dwergsterrenstelsel plaatsvond, zoals FRB 121102 – dat zou te eenvoudig zijn geweest!”

Wat gaan de astronomen nu doen? Terwijl er steeds meer ‘fast radio bursts’ worden vastgelegd, zullen intergalactische cartografen deze FRB’s naar hun oorsprong herleiden, waardoor ze hopen het complexe verhaal achter de uitbarstingen te ontrafelen. Bannister en anderen denken dat er uiteindelijk meerdere soorten kosmische machines zijn die dit soort pulsen kunnen uitzenden.

“Ik ben geneigd tot de verklaring die zegt dat FRB’s op meerdere manieren gemaakt kunnen worden,” zegt Bannister. “Natuurwetenschappers hebben een aangeboren behoefte om alles tot één ding te willen herleiden (...), maar soms is de natuur iets ingewikkelder.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

LEES VERDER

Om de kosmos te bestuderen ging dit dorp van het net

<em>In Green Bank, West Virginia, heerst al sinds 1958 absolute radiostilte.</em>

Mysterieuze golven die over de wereld galmden mogelijk verklaard

<em>Een “uitzonderlijk verschijnsel” in de Comoren-archipel kan de verklaring zijn voor de laagfrequente seismische golven die vorig jaar de aarde rond galmden.</em>