Mysterieus radiosignaal voor het eerst in Melkweg opgepikt

Volgens drie nieuwe onderzoeken is de flits afkomstig van een bijzondere ‘magnetische ster’. Hiermee is een groot astronomisch raadsel opgelost.

Gepubliceerd 6 nov. 2020 14:01 CET
Met behulp van de FAST-radiotelescoop (Five-hundred-meter Spherical Aperture Telescope) werd in China onderzoek gedaan naar de ...

Met behulp van de FAST-radiotelescoop (Five-hundred-meter Spherical Aperture Telescope) werd in China onderzoek gedaan naar de eigenschappen van magnetar SGR 1935+2154 die de eerste snelle radioflits voortbracht die ooit binnen de Melkweg werd gedetecteerd.

Foto van Bojun Wang, Jinchen Jiang with post processing by Qisheng Cui.

Op 28 april werd de aarde gedurende een duizendste van een seconde getroffen door een serie krachtige radiogolven die radiotelescopen in Noord-Amerika deden oplichten. Astronomen hebben de bron van dit vreemde signaal inmiddels achterhaald - en hun ontdekking zou de lang gezochte oorzaak kunnen blijken van enkele van de meest raadselachtige signalen die ooit werden opgevangen.

In drie artikelen die onlangs werden gepubliceerd in het vakblad Nature beschrijft een internationale groep wetenschappers het verschijnsel als een snelle radio-uitbarsting, een extreem intense flits van radiogolven die niet langer dan een paar milliseconden duurt. Dergelijke uitbarstingen waren al eerder met behulp van telescopen opgemerkt, maar kwamen altijd van buiten ons sterrenstelsel. Wetenschappers hebben zich jaren afgevraagd wat de oorzaak was van die kortstondige, heftige pulsen. Er werden allerlei mogelijkheden geopperd, van exploderende sterren tot buitenaardse technologie.

Nu is duidelijk dat een exotisch ruimteverschijnsel, magnetar genaamd, hoogstwaarschijnlijk in ieder geval een van de oorzaken is. Een magnetar is een bepaald soort jonge neutronenster die overblijft als een grote ster explodeert, met een extreem krachtig magnetisch veld.

“Toen ik de data voor het eerst zag, kon ik niet meer bewegen. Ik was een soort verlamd van opwinding,” zei Christopher Bochenek onlangs tijdens een persbriefing. Hij is promovendus aan het Amerikaanse Caltech en hoofdauteur van een van de onderzoeken.

De Canadese CHIME-radiotelescoop was de eerste die de radioflits op 28 april 2020 opving.

Foto van Andre Renard / CHIME Collaboration

Het meest recente signaal was de eerste snelle radioflits die was toe te schrijven aan een specifieke bron, wat een unieke mogelijkheid opleverde om zo’n kosmische puls eindelijk in detail te bestuderen. “Dit biedt ons een hele nieuwe ingang voor kennis over de oorsprong van snelle radioflitsen,” mailt astrofysicus Amanda Weltman van de University of Cape Town, die bij geen van de onderzoeken betrokken was.

Een speurtocht naar uitbarstingen in het donker

In 2007 werden er voor het eerst snelle radioflitsen ontdekt. Ze bleken extreem moeilijk te bestuderen omdat ze zo snel voorbij zijn. In eerste instantie waren er wetenschappers die zich afvroegen of de uitbarstingen wel echt uit de ruimte kwamen, en of het niet gewoon ging om een verkeerd opgevangen signaal van een bron op aarde, bijvoorbeeld van magnetrons.

De ontdekking van vier nieuwe flitsen in 2013 bevestigde hun kosmische herkomst en riep des te meer vragen op. Drie jaar later maakten astronomen de ontdekking bekend van een repeterende bron die ze wisten te herleiden tot een sterrenstelsel op meer dan 2,6 miljard lichtjaar van de aarde. Nu hebben astronomen ruim honderd snelle radioflitsen gevonden, waarvan er zo'n twintig repeterend zijn.

Omdat de uitbarstingen zo kort zijn en hun bron zo ver weg is, was het lastig voor astrofysici om de oorzaak van deze intense radio-uitbarstingen te achterhalen. Maar op 27 april registreerden twee ruimtetelescopen van NASA pulsen van röntgen- en gammastralen die afkomstig waren van een magnetar in de Melkweg met de naam SGR 1935+2154. Een dag later detecteerden radiotelescopen op de grond in het westelijk halfrond een signaal van hetzelfde object.

De Canadese CHIME-telescoop, die bestaat uit ruim duizend radioantennes opgesteld als massieve metalen halfpipes, detecteerde de radioflits als eerste. Deze bleek afkomstig uit het deel van de ruimte waar ook de magnetar staat. De medewerkers van CHIME stuurden onmiddellijk een waarschuwing naar astronomen over de hele wereld en riepen hen op om hun telescoop op het object te richten.

Het signaal bereikte ook STARE2, een serie van relatief simpele radiotelescopen, gemaakt van een metalen pijp en twee cakeblikken, die staan opgesteld door heel de Amerikaanse staten Californië en Utah. Volgens Bochenek, die STARE2 ontwierp en verantwoordelijk was voor de analyse van de gegevens, was de radioflits zo intens dat een ontvanger van een mobieltje met 4G deze in principe ook had kunnen opvangen.

Doordat de röntgenstraling en de radioflitsen in hetzelfde kleine stukje hemel werden waargenomen, leek er een stevig verband te bestaan tussen de radioflits en de magnetar. Het was voor het eerst dat dit raadselachtige signaal aan een specifiek ruimteobject kon worden gekoppeld.

Het ontcijferen van de mysterieuze flits

Het signaal van de magnetar is de heftigste radioflits die ooit in ons sterrenstelsel werd gedetecteerd. Maar vergeleken bij andere snelle radiopulsen was deze juist zwak, de vrijgekomen energie was slechts een duizendste van een ‘gewone’ flits afkomstig van buiten het sterrenstelsel.

Wetenschappers verwachten dat zwakkere uitbarstingen zich vaker voordoen dan krachtige, maar dat we die gewoon niet kunnen waarnemen als die te ver weg plaatsvinden. Bij elkaar leveren de nieuwe studies een sterke aanwijzing op dat in ieder geval een aantal van de verre radioflitsen ook afkomstig zijn van magnetars.

“Ik denk niet dat we kunnen concluderen dat alle snelle radioflitsen van magnetars komen. Maar het is wel zo dat onze modellen die magnetars als herkomst voor snelle radioflitsen hebben, zeer waarschijnlijk zijn,” zei Daniele Michilli van CHIME die tevens verbonden is aan de McGill University in Montreal tijdens  de persbriefing. Het is bijvoorbeeld mogelijk dat de felste radioflitsen worden veroorzaakt door iets anders dan een magnetar, voegt Weltman daaraan toe.

Aan de hand van de data kunnen ook de theorieën over de wijze waarop magnetars snelle radioflitsen produceren worden aangepast. In een begeleidend verslag dat ook werd gepubliceerd in Nature deed astrofysicus Bing Zhang van de University of Nevada in Las Vegas de twee meest overtuigende scenario's uit de doeken. In de ene botsen slierten deeltjes afkomstig van het oppervlak van de magnetar met extreme snelheden op omringend puin, waardoor een hete, zeer magnetische draaikolk ontstaat waaruit zowel röntgenstraling als radiogolven vrij kunnen komen. In de andere ontstaan de snelle radioflitsen doordat de superkrachtige magnetische veldlijnen van de magnetar verstrikt raken en loskomen. Bij dit proces komen enorme hoeveelheden energie vrij.

Zhang en zijn collega's ontdekten echter ook dat de omstandigheden waarbij een radioflits ontstaan redelijk zeldzaam zijn. Enkele uren voor de flits van 28 april bekeek het team de magnetar met de Chinese radiotelescoop FAST, de grootste afzonderlijke schotel ter wereld. FAST detecteerde geen radioflitsen van de magnetar, terwijl deze tijdens de waarneming wel 29 röntgenflitsen afgaf.

Tijdens de persbriefing wees Zhang erop dat het logisch was dat de magnetars slechts af en toe snelle radioflitsen uitzonden. Wanneer iedere magnetarpuls waarbij röntgenstraling vrijkomt ook radio-uitbarstingen zou veroorzaken, dan zouden astronomen er naar verwachting honderd tot duizend keer zoveel zien als tot nog toe zijn waargenomen.

Volgens Weltman is de toekomst van dit onderzoeksveld net zo stralend als de radioflitsen zelf. Bij wereldwijde netwerken van telescopen worden voorbereidingen getroffen om meer van dit soort intense uitbarstingen op te vangen, zowel van binnen als buiten de Melkweg. En terwijl er zo nu en dan vlagen radiogolven over de aarde trekken, zullen die door wetenschappers worden gebruikt om veel van de theorieën over de herkomst van deze kosmische uitbarstingen te ontkrachten. Dit soort uitkristalliseren van ideeën is in de woorden van Weltman “de ware schoonheid van goede, echte wetenschap!”

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

Lees meer