Mystiske radiosignaler skyldes måske dræbende magnetfelter fra fjerne galakser
Uforklarlige signaler fra det ydre rum – såkaldte Fast Radio Bursts – har længe været forbundet med stor mystik. Ekstreme magnetfelter fra fjerne galakser kan være en mulig forklaring.
fast_radio_bursts_frb_en_kunstners_illustration

En kunstners illustration af hvordan de mystiske radiosignaler rejser gennem verdensrummet og når Mælkevejen, så de kan observeres her fra Jorden. (Illustration: ESO/M. Kornmesser/ CC BY 4.0)

En kunstners illustration af hvordan de mystiske radiosignaler rejser gennem verdensrummet og når Mælkevejen, så de kan observeres her fra Jorden. (Illustration: ESO/M. Kornmesser/ CC BY 4.0)

De korte radioglimt, som på engelsk kaldes for Fast Radio Bursts eller FRB, har siden deres opdagelse i 2007 været et af astronomiens store mysterier. Som navnet siger, drejer det sig om korte glimt af nogle få millisekunders varighed, der uden varsel dukker op på himlen for så at forsvinde igen.

Normalt er det umuligt at forudsige, hvor og hvornår et radioglimt dukker op, så det har taget tid for radioastronomerne at lære noget om dette mærkelige fænomen. Der er stadig meget, vi ikke ved, men en ny opdagelse fra februar i år bringer os måske lidt nærmere en forklaring, der vil føre os langt ud i rummet til nogle meget mærkelige stjerner.

Fra køkkenet eller rummet?

Det første korte radioglimt blev opdaget af astronomen Duncan Lorrimer, da han i 2007 gennemgik nogle målinger fortaget i 2001 fra det store Parkes-radioteleskop i Australien. Her fandt han et fem millisekunder langt udbrud af radiostråling – noget man aldrig havde set før.

Naturligvis observerede man så igen det område, hvor radioglimtet blev observeret i 2001, men uden resultat. Radioastronomer er med god grund skeptiske over for uforklarlige korte signaler, som kun viser sig en enkelt gang. De viser sig ofte at stamme her fra Jorden, fra satellitter, mobiltelefoner eller andet elektronisk udstyr, og det første radioglimt var meget tæt på at blive afskrevet som et jordisk signal.

parkes_radioteleskop_i_australien_duncan_lorrimer.

Det gigantiske Parkes radioteleskop i Australien. (Foto: Shutterstock)

Det var endda med god grund, for en fornyet gennemgang af arkiverne fra Parkes viste ikke mindre end 16 signaler af samme type som det, Lorrimer havde opdaget. For efter noget detektivarbejde viste det sig, at de blev observeret, netop når der var frokostpause på Parkes. Her var mikrobølgeovnen tændt, og når døren til ovnen blev åbnet, kunne teleskopet opfange mikrobølger.

Mere detektivarbejde førte så frem til, at Lorrimers FRB ikke var et ’køkkensignal’, da teleskopet på det tidspunkt var rettet i en retning, som gjorde, at det slet ikke kunne opfange signaler fra mikrobølgeovnen.

Derefter stod Lorrimers signal som et enligt fænomen, som nok ville være blevet glemt igen, hvis ikke man i 2012 begyndte at opfange tilsvarende radiosignaler med andre radioteleskoper.

Mystiske signaler fra fjerne gallakser

I de næste par år fandt man flere nye radioglimt, og langsomt begyndte astronomerne at indsamle målinger, som gav de første spor af, hvad det var, man observerede. Det var et vanskeligt arbejde, for signalerne kom fra alle mulige retninger på helt tilfældige tidspunkter, og de gentog sig ikke. Men nogle spor var der at gå efter:

  • Signalerne varer kun få millisekunder. Det sætter en øvre grænse for, hvor stor kilden kan være. En stjerne som Solen kan ikke udsende et kort radioglimt, da det tager et radiosignal 4,5 sekunder at komme fra den ene side af Solen til den anden, og det vil normalt tvære signalet ud. På et millisekund kan et radiosignal kun bevæge sig 300 km, og det tyder på, at kilden er meget lille, måske en neutronstjerne.
  • Radiosignalerne er stærkt polariserede. Det er et ret sikkert tegn på, at de er opstået et sted med meget stærke magnetfelter.
  • Radiosignalerne har en stor dispersion. Det betyder på almindeligt dansk, at de forskellige frekvenser i signalet ikke ankommer på samme tid. De korte bølger med høj frekvens kommer før de lange bølger med lav frekvens. Den simple fysiske forklaring er, at rummet ikke er helt tomt. Der er en meget tynd gas alle vegne, og korte bølger passerer en smule hurtigere gennem gassen end lange bølger.

Især dispersionsmålingerne var interessante. Dispersionen er nemlig så stor, at radiobølgerne skal have rejst meget langt for at kunne forklare de målte værdier for dispersionen. Det er et meget stærkt tegn på, at de korte radioglimt ikke kommer fra vores egen galakse Mælkevejen, men fra fjerne galakser millioner eller måske milliarder lysår borte.

Det passer med, at glimtene er dukket op fra alle retninger på himlen. Var de kommet fra Mælkevejen, ville langt de fleste radioglimt være kommet fra de områder på himlen, hvor vi har udsigt til Mælkevejen, der jo har form som en stor skive. 

Hvis radioglimtene stammer fra fjerne galakser, så må de være enormt kraftige for overhovedet at kunne opfanges her på Jorden. På en eller anden måde er naturen åbenbart i stand til på et par millisekunder at udsende lige så meget energi, som Solen er flere dage om at producere.

Det mest sandsynlige er, at den ukendte kilde, som producerer et kort radioglimt, hele tiden producerer og udsender en meget høj energi, som er mange millioner gange større end Solens udstråling. Hvis energien udsendes i form af en stråle, så kan glimtets varighed forklares ved, at det kun er sjældent, at strålen lige rammer Jorden et kort øjeblik.

Galakse mælkevejen

Vores egen galakse Mælkevejen er blot 1 ud af godt 100 milliarder galakser i det observerbare univers. (Foto: Shutterstock)

Radioglimt uden fast mønster

Astronomer ved ikke noget værre end fænomener, der ikke gentager sig. Det er meget nemmere at foretage målinger og opstille teorier for noget, man kan observere i længere tid. Det ønske blev opfyldt i 2015.

En gennemgang af data indsamlet af det 300 meter store radioteleskop Arecibo på Puerto Rico viste, at man så tidligt som i 2012 og igen i 2015 havde observeret en serie af radioglimt, der tilsyneladende kom fra samme sted på himlen. Endelig havde man fundet en såkaldt ’repeater’, altså et signal, der gentager sig.

Der var dog ikke noget mønster i gentagelserne, men de viser, at den proces, der skaber de korte radioglimt, ikke nødvendigvis ødelægger kilden. Det var ellers en nærliggende tanke, på grund af de enorme energier, der frigøres i et radioglimt.

Lige så vigtigt var det, at gentagne observationer af denne første repeater gjorde det muligt nogenlunde præcist at lokalisere, hvorfra på himlen radioglimtene kom. Resultatet var, at radioglimtene kommer fra en lille dværggalakse 2,5 milliarder lysår borte – sandsynligvis fra et område, hvor der dannes nye stjerner.

Senere fandt man kilden til et andet kort radioglimt, og det var også en fjern galakse, men dog på størrelse med Mælkevejen.

Man opdagede også, at der er stor forskel på styrken af radioglimt. De er bestemt ikke helt ens, og det fik nogle astronomer til at overveje, om der er flere forskellige typer med hver sin forklaring.

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bøgerne 'Det levende Univers' samt 'Rejsen ud i rummet - de første 50 år' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Blink med cyklus på 16,35 døgn

I februar i år kom der et meget stort gennembrud, da man fandt en repeater, som ikke bare gentog sig, men gentog sig på en måde, der var nogenlunde regelmæssig.

Signalerne er blevet observeret over en periode på 409 dage fra et radioobservatorium i Canada. Det er længe nok til, at man kunne finde et mønster – men mønstret var ikke lige, hvad man ville forvente.

Signalerne gentager sig med en periode på 16,35 døgn. I fire døgn kommer der et kort radioglimt hver anden time, og så går der 12 døgn uden radioglimt efterfulgt af en ny periode på fire døgn med radioglimt.

Disse radioglimt kommer fra en galakse af nogenlunde samme type som Mælkevejen 500 millioner lysår borte. Radioastronomerne fik bestemt positionen så godt, at man kunne lokalisere kilden til at befinde sig i et område kun syv lysår i udstrækning.

Derefter tog de optiske astronomer over, og med et af verdens største teleskoper, Gemini på Hawaii, fotograferede man så området, der viste sig at være et område, hvor der blev dannet nye stjerner. Her findes der ret meget gas mellem stjernerne, og det fik betydning for astronomernes næste skridt i arbejdet: At opstille en forklaringsmodel.

Ny model om ekstremt magnetfelt

Der var nu efterhånden indsamlet data nok, til at astronomerne kunne forsøge at forklare, hvordan et kort radioglimt skabes. Vi omtaler her den for tiden mest populære model, men det betyder bestemt ikke, at den er korrekt.

Modellen er udviklet af den amerikanske astronom Brian Metzger fra Columbia University sammen med flere kolleger. Den model, de har opstillet, bygger på de såkaldte magnetarer, som er neutronstjerner med et helt usædvanligt stærkt magnetfelt.

Magnetarer er ligesom almindelige neutronstjerner dannet ved supernovaudbrud, men det er fortsat uklart, hvordan der kan være så stor forskel på magnetfeltets styrke i neutronstjerner og magnetarer.

Magnetfeltet omkring en magnetar er ekstemt stærkt. Styrken af et magnetfelt måles i enheden Tesla (T). Jordens magnetfelt har en styrke på 60-80 mikrotesla, mens en magnetar har et magnetfelt med en styrke på 1010 T, eller 10 milliarder Tesla.

Et så stærkt magnetfelt er dræbende over en afstand på 1.000 kilometer fra stjernen. Det er, fordi magnetfeltet påvirker elektronerne omkring atomkernerne i de molekyler, der måtte findes i området. Og påvirkningen vil ændre molekylernes egenskaber så meget, at de i kemisk henseende vil være helt fremmedartede i forhold til de molekyler, vi kender til i vores omgivelser, og som indgår i levende organismer. Også atomerne bliver deformerede til noget, der minder om lange stænger.

Selv over en afstand på godt 200.000 kilometer fra en magnetar, hvilket svarer til halvdelen af afstanden til Månen, er magnetfeltet så stærkt, at det øjeblikkeligt ville slette alle data på magnetstriben på et kreditkort.

Det enormt stærke magnetfelt omkring en magnetar har den konsekvens, at rotationstiden hurtigt bringes ned til mellem 1 og 10 sekunder. En normal neutronstjerne med et svagere magnetfelt har en rotationstid på brøkdele af sekunder.

Illustration af den ekstremt kraftfulde Magnetar, som kan være forklaringen på de mystisk FRB-signaler. (Illustration: ESO/L. Calçada)

Gas og elektroner slynges ud i rummet

I Metzgers model er kilden til de korte radioglimt udbrud på en magnetar. Vi ved ikke meget om magnetarer, men de anses for meget aktive, med talrige udbrud, også kaldet flares, hvor energien i et magnetfelt lynhurtigt omsættes, med det resultat at enorme mængder af gas, elektroner og andre partikler slynges ud i rummet.

Solen har også udbrud, men en flare fra en magnetar er ufatteligt meget stærkere end en flare fra Solen.

Et udbrud på en magnetar slynger med enorm fart partikler og gas ud i rummet – men udbruddet når normalt ikke ret langt ud, før der sker noget.  En magnetar er som regel omgivet af gasskyer, der måske kan stamme fra tidligere udbrud. Men magnetaren kunne også befinde sig i et område, hvor der i forvejen er meget gas som i et område, hvor der dannes nye stjerner.

Partikler og gas fra udbruddet har derfor en høj sandsynlighed for med enorm fart at støde ind i sådanne gasskyer. Ved dette sammenstød dannes en chokbølge og et meget stærkt magnetfelt. Elektroner og protoner kommer derfor til at bevæge sig i spiralbaner rundt om de magnetiske feltlinjer, og det skaber den radiostråling, vi ser som et kort radioglimt.

Men samtidig sker noget andet: Ved sammenstødet bremses gasserne fra udbruddet, og det betyder, at farten i forhold til Jorden aftager. Denne opbremsning kan måles fra Jorden, og netop denne måling har været en god støtte for Metzgers teori.

Slingrende bevægelser gør radioglimt uforudsigelige

Magnetfeltet i en magnetar er så stærkt, at det også kan deformere selve magentaren, så den ikke længere er helt rund. Det har til følge, at den ikke roterer helt jævnt, men at den så at sige slingrer lidt. Og netop denne slingrende bevægelse kan måske forklare, hvorfor de fleste radioglimt er så uforudsigelige.

Vi burde egentlig forvente radioglimt med få sekunders mellemrum, svarende til rotationstiden for magnetaren. Men hvis glimtet kun udsendes i en bestemt retning, og magnetaren slinger lidt, så kan der godt gå en uberegnelig tid, før vi ser dem gentage sig.

Men som nævnt: Magnetar-teorien er en foreløbig model for dannelsen af de korte radioglimt. Modellen overlever kun, hvis den kan forklare os, hvad de kommende observationer af korte radioglimt viser os.

Men som så mange gange før, vil dette første forsøg på en ny teori sikkert blive udviklet og ændret mange gange, før vi for alvor forstår, hvad der ligger bag de mystiske korte radioglimt. Universet holder aldrig op med at overraske os.

Vil du vide mere om magnetarer? Så kan du dykke ned i denne lille video, lavet at NASA:

 

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

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