Mystiske radioglimt stammer fra ekstremt miljø i fjern galakse
Korte, kraftige radioglimt fra rummet er et af de store mysterier i astronomien. Nyt studie viser, at nogle af de mystiske glimt kommer fra et ekstremt miljø fjernt fra vores del af universet.

Teleskoper har i de senere år opfanget en række uforklarlige signaler fra rummet. Der er tale om korte, kraftige udbrud af elektromagnetiske bølger - radiobølger - men vi ved ikke, hvad der skaber de mystiske signaler. (Illustration: Shutterstock)

Igennem de sidste 10 år har forskere kendt til nogle kraftige og kortvarige udbrud af radiobølger fra rummet.

De mærkelige udbrud har fået den engelske betegnelse ’Fast Radio Bursts' (FRB), og de har givet anledning til alverdens spekulationer over, hvad der kan være årsagen til de mystiske radiosignaler, som kun varer få tusindedele af et sekund.

Nu er en international forskergruppe kommet et skridt nærmere en forklaring, og deres resultater bliver i denne uge præsenteret på forsiden af det videnskabelige tidsskrift Nature.

»De korte radioglimt er et af de største åbne mysterier i astrofysikken. Vi vil virkelig gerne vide, hvad kilden til dem er. Derfor er enhver brik i puslespillet vigtig, og her har vi fundet en ny brik, som man aldrig tidligere har set,« siger en af hovedforfatterne på det nye studie, Jason W. Hessels fra Universitet i Amsterdam, til Videnskab.dk.

Dannes nær et ekstremt magnetfelt

Historien Kort:

Forskere har opdaget, at en gruppe af særlige kortvarige radioglimt fra rummet (kaldet FRB 121102) udbreder sig gennem rummet på en særlig måde: Radiobølgerne er ekstremt ’tvistede’, et fænomen kendt som Faraday-rotation.

Faraday-rotationen indikerer, at radioglimtene stammer fra et ekstremt miljø med et kraftigt magnetfelt og en varm gas.

Vi ved fortsat ikke, hvorfor de mystiske radioglimt opstår, men forskerne mener, at de kan komme fra en neutronstjerne – og ikke fra rumvæsner, sådan som andre har spekuleret i.

Den nye brik i puslespillet stammer fra en gruppe af kortvarige radioglimt, som forskerne har døbt FRB 121102.

Siden 2012 har forskerne observeret gentagne radioglimt fra FRB 121102, og for et år siden lykkedes det endelig at lokalisere, hvilket område af universet FRB 121102 kommer fra (læs mere i artiklen Astronomer zoomer ind på mystiske radioglimt).

I det nye studie har forskerne observeret yderligere 16 radioglimt fra FRB 121102. Deres observationer viser, at de mystiske radioglimt bliver dannet i et område af universet med et usædvanligt miljø.

»De kommer fra et område i en fjern galakse, hvor der er et ekstremt miljø. Magnetfeltet er meget, meget højt, og der er en varm gas. Den slags områder er meget usædvanlige,« siger Jason W Hessels, som forsker ved Institut for astronomi på Universitet i Amsterdam.

Et sort hul eller en stjernetåge?

Modeller og observationer tyder ifølge Jason W. Hessels på, at den slags usædvanlige miljøer kan findes to forskellige steder:

  • Det kan være tæt på et kæmpestort sort hul (et ekstremt kompakt og tungt objekt, som ofte befinder sig i midten af galakser.)
  • Eller det kan være i en meget kraftfuld stjernetåge (en sky af støv og gas ude mellem stjernerne.)

På denne måde er det nye studie med til at indsnævre, hvad der kan være kilden til de mystiske radioglimt fra FRB 121102, mener professor Johan Fynbo.

»De løser ikke mysteriet, men vi har fået nogle nye spor, og derfor er det et vigtigt resultat for den astronomiske forskning,« siger Johan Fynbo, som er professor MSO ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og ikke har været involveret i det nye studie.

Måske fra en neutronstjerne?

De nye spor fortæller os primært om miljøet omkring radioglimtenes hjemstavn. Men studiet bringer også en teori på banen om, hvad der kan have udsendt de mystiske radioglimt.

Ligesom flere tidligere studier foreslår forskerne, at kilden til radioglimtene kan være en ung neutronstjerne - en type stjerne, som er ekstremt kompakt og tung.

»Vi bygger teorien på det faktum, at radioglimtene kun varer meget kort tid. Et af dem varer kun 30 mikrosekunder (0,000001 sekund, red.). Når glimtene har en så kort varighed, betyder det, at de må komme fra meget små områder. Derfor er et godt bud, at de kan stamme fra en neutronstjerne,« siger Jason W. Hessels, som tilføjer, at en neutronstjerner netop rummer muligheden for at udsende de kraftige radioglimt, selvom de har en beskeden størrelse.

Illustrationen her viser teleskopet Very Large Array i USA, som i 2017 blev brugt til at lokalisere, hvilken retning radioglimtene fra FRB 121102 kom fra. Forskerne konkluderede, at de kom fra en dværggalakse tre milliarder lysår herfra. (Illustration: Danielle Futselaar)

Øv! Ikke rumvæsner?

Med andre ord er forskernes bedste bud, at de mystiske radioglimt bliver udsendt af en neutronstjerne, som befinder sig i et ekstremt miljø – enten nær et kæmpestort sort hul eller måske i en kraftfuld stjernetåge.

Spørger man professor Johan Fynbo lyder denne teori rigtig fornuftig – hvilket måske er en lidt nedslående besked for de mange spekulanter på internettet, som har funderet over, hvorvidt de mystiske radioglimt kan stamme fra rumvæsner.

Internet-spekulationerne fik ellers ekstra næring i 2017, da professor Avi Loeb fra det anerkendte Harvard Universitet i USA udsendte et studie, hvor han teoretiserede over mulighederne for, at radioglimtene kunne være udsendt af intelligent liv med mere avanceret teknologi end vores teknologi på Jorden. 

»Avi Loeb er professor på Harvard, så man skal ikke gøre grin af ham. Han er respekteret og kendt for at tænke ud af boksen. Når man står med et fænomen, som man ikke forstår, skal man netop være åben over for alle muligheder. Men med den evidens, som vi efterhånden har fået, er der ikke noget, der tyder på, at vi skal ud i den slags vilde forklaringer. Det nye studie tyder på, at forklaringen skal findes i neutronstjerner, som befinder sig i særlige miljøer omkring sorte huller,« siger Johan Fynbo.

Måske er FRB 121102 'anderledes'

Jason Hessels mener heller ikke, at »vi har nogen god grund til at tro, at de mystiske radioglimt kommer fra rumvæsner.«

Det nye studie

Det nye studie viser, at radiobølgerne fra FRB 121102 er meget 'tvistede' - (en kraftig Faraday-rotation) hvilket tyder på et meget kraftigt magnetfelt i deres hjemlige galakse.

I vores egen galakse Mælkevejen har vi kun set så kraftig Faraday-rotation nær centrum af Mælkevejen, hvor der er et stort sort hul.

Men modeller viser, at Faraday-rotationen ikke nødvendigvis skyldes et sort hul – det kan også være opstået, hvis kilden til FRB 121102 findes i en kraftig stjernetåge.

Kilder: Jason W. Hessels/Johan Fynbo

»Det ser helt klart ud til, at signalerne kommer fra en naturlig kilde. Hvert signal har forskellige egenskaber, og det tyder på, at de bliver udsendt af en eller anden naturlig proces. Der er ikke noget bestemt mønster ved signalerne. Det ville man nok forvente, hvis det var en kunstig kilde. En radiostation udsender for eksempel kun udsender signaler inden for en snæver frekvens, men FRBs (korte radioglimt, red.) har derimod mange forskellige bølgelængder og frekvenser,« siger Jason W. Hessels.

Både Johan Fynbo og Jason Hessels påpeger dog, at vi endnu ikke ved, om resultaterne fra FRB 121102 kan overføres til andre kortvarige radioglimt. Ud over radioglimtene fra FRB 121102 har astronomer indtil videre observeret lidt over 30 forskellige FRB-glimt på himlen, fortæller Jason Hessels. Men modsat FRB 121102 har alle andre FRB-glimt imidlertid kun vist sig en enkelt gang.

»FRB 121102 er den eneste FRB-kilde, som vi har set mere end én gang. Så måske er der tale om et objekt, som er anderledes i forhold til alle andre FRB-kilder. Eller måske kan det ekstreme miljø, som FRB 121102 befinder sig i, forklare, hvorfor lige netop denne kilde udsender gentagne radioglimt, mens andre ikke gør det. Vi vil virkelig gerne kende svaret, men indtil videre ved vi det simpelthen ikke,« siger Jason W. Hessels.

Kommer fra fjern dværggalakse

Tidligere forskning har indikeret, at FRB 121102 har sin hjemstavn i en fjern dværggalakse, som befinder sig mere end tre milliarder lysår væk fra Jorden.

Den svimlende store afstand er årsagen til, at astronomerne ikke bare kan rette deres teleskoper mod dværggalaksen og løse mysteriet om de mærkelige radioglimt – den store afstand betyder, at galaksen kun er en prik i himlen, selv med de bedste teleskoper.

Så hvordan i alverden kan forskerne bag det nye studie egentlig vide, at der ude i den fjerne dværggalakse er et ekstremt miljø med et kraftigt magnetfelt og en varm gas?

Sådan har forskerne gjort

Illustrationen viser Arecibo-teleskopet i Puerto Rico, som opfanger radiobølger fra FRB 121102. Bølgerne er meget polariserede, og samtidig er de blevet 'tvistet' rundt - et fænomen kendt som Faraday-rotation. (Illustration: Brian Irwin/Dennis van de Water/Shuetterstock)

Jason W. Hessels forklarer, at i stedet for at kigge direkte på dværggalaksen kan man studere forholdene derude indirekte ved at undersøge, hvordan de mystiske radioglimt udbreder sig gennem rummet.

Forskerne kan nemlig se på radiobølgerne fra FRB 121102, at de er polariserede. Det vil kort sagt sige, at bølgerne svinger i en bestemt retning, når de rejser gennem rummet.

Men polariseringen er sket på en særlig måde, hvor radiobølgerne bliver tvistet rundt, som vist på illustrationen til højre. Denne særlige form for tvist er kendt som Faraday-rotation, og den vidner netop om, at radiobølgerne har passeret gennem et område med et kraftigt magnetfelt.

»Jo større magnetfelt, radiobølgerne passerer, des kraftigere vil bølgerne blive tvistet. Vi kender til andre radioglimt, som er polariserede og tvistede, men disse FRB-glimt er 500 gange mere tvistede end nogen andre FRB’er (radioglimt), vi hidtil har set,« siger Jason W. Hessels.

Faktisk er Faraday-rotationen i radioglimtene fra FRB 121102 så voldsom, at der er tale om et af de største ’tvists’, der hidtil er observeret i en radiokilde – det er derfor, at astronomerne er så sikre på, at FRB 121102 kommer fra et område med et ekstremt magnetfelt.

Masser af glimt fra FRB 121102

Det nye studie bygger på analyser af 16 kortvarige radioglimt fra FRB 121102, som er blevet opfanget af to forskellige teleskoper; Arecibo Observatoriet i Puerto Rico og Green Bank Teleskopet i USA.

Siden de to teleskoper begyndte at fokusere på fænomenet, har de imidlertid opfanget endnu flere end de 16 kortvarige radioglimt fra FRB 121102, som indgår i studiet.

»Vi har kigget i retning af FRB 121102 i et par hundrede timer, og på denne tid har vi set over 100 radioglimt. Nogle gange er der rigtig meget aktivitet, og andre gange kan vi observere i lang tid uden at se noget,« fortæller Jason W. Hessels.

Radioglimtene i det nye studie varer mellem 30 microsekunder og 9 milisekunder. Det indikerer ifølge forskerne, at kilden til glimtene kan være så lille som 10 kilometer i diameter - en typisk størrelse for neutronstjerner (Illustration af neutronstjerne: NASA)

Fortsat et mysterium

Selvom vi har fået ny viden om miljøet i området, hvor de mystiske radioglimt bliver skabt, er vi ikke blevet særlig meget klogere på, hvad der helt præcist får neutronstjerner (eller andre objekter) til at udsende de særlige radioglimt. Men der findes en lang række teorier og muligheder, påpeger Jason W. Hessels.

»Vi ved ikke, hvordan udbruddene opstår. Men en neutronstjerne har en mere ekstrem densitet (massetæthed, red.) end nogen anden type af stjerne, vi kender, og derfor kan neutronstjerner producere en masse energi. Radioudbruddene kan måske opstå, hvis noget falder ned på neutronstjernen, og dermed udløser energi fra stjernen. Eller det kan være, at neutronstjernen roterer meget hurtigt, og dermed udløser energi,« spekulerer Jason W. Hessels.

Han påpeger, at en anden populær teori er, at de mystiske radioglimt bliver skabt, når en kæmpestor neutronstjerne kollapser og bliver til et sort hul.

»Det er en populær model, men den kan ikke forklare vores radioglimt fra FRB 121102, som gentager sig, for den slags kollaps kan kun ske én gang,« siger Jason W. Hesssels, som påpeger, at det er en mulighed, at de forskellige radioglimt hver især har forskellige typer af kilder og forklaringer.

Fænomenet er hyppigt

Elektromagnetiske bølger – såsom lys og radiobølger – kan udbrede sig på forskellige måder. Hvis elektromagnetiske bølger er polariserede, er den retning bølgerne svinger (i forhold til udbredelsesretningen) kort fortalt blevet ensrettet. Hvis polariserede bølger passerer gennem et område med et magnetfelt, kan polariseringsretningen blive ’tvistet’ af en effekt, som kaldes Faraday-rotation - som vist her. (Illustration: Wikimedia/Videnskab.dk)

Ud over FRB 121102 har forskerne, som tidligere nævnt, kun observeret omkring 30 andre kortvarige radioglimt, men de regner på ingen måde med, at fænomenet er sjældent. Faktisk tyder beregninger på, at der kan optræde flere tusinde kortvarige radioglimt på himlen over os hver eneste dag, påpeger Johan Fynbo.

»Vi kan kun se på en lille del af himlen ad gangen. Men hvis man kunne studere hele himlen hele tiden, regner man faktisk med, at vi ville kunne se, at fænomenet er rigtig hyppigt,« siger Johan Fynbo.

Hvis fænomenet optræder flere tusinde gange om dagen, kan det måske undre, at vi først har opdaget radioglimtene i løbet af de seneste 10 år. Men ifølge Johan Fynbo handler det om, at det først er nu, vi reelt har teknologien til at opdage de hurtige radioglimt.

»De her radioglimt varer kun ufattelig kort tid. Vi snakker mikrosekunder til millisekunder, så derfor er de svære at opdage. Så det er spørgsmålet om, at vi skal have de rigtige radioteleskoper og den rigtige databehandling, før vi kan begynde at se fænomenet,« siger Johan Fynbo.

Nyt 'gear' til radioastronomerne

Helt nye værktøjer til at studere de mystiske fænomener er allerede på trapperne.

I Canada er et nyt radioteleskop kaldet CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) netop begyndt at scanne himlen og har som et af sine mål at studere korte radioglimt.

Samtidig har kineserne netop bygget verdens største radioteleskop, kaldet FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope), så der er absolut håb forude i forhold til at løse mysteriet om de opsigtsvækkende radioglimt fra rummet.

 


Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.