NASA-telescopen onthullen de geheimen achter mysterieuze signalen in de diepe ruimte

Met behulp van twee röntgentelescopen van het bureau konden de onderzoekers het grillige gedrag van een dode ster benaderen wanneer deze een heldere, korte uitbarsting van radiogolven vrijgaf.

Wat veroorzaakt mysterieuze uitbarstingen van radiogolven vanuit de verre ruimte? Astronomen zijn mogelijk een stap dichter bij het geven van een eenduidig ​​antwoord op deze vraag. twee NASA Röntgentelescopen hebben onlangs een dergelijke gebeurtenis gedetecteerd – bekend als een snelle radioflits – slechts enkele minuten vóór en nadat deze plaatsvond. Dit ongekende inzicht zet wetenschappers op de goede weg om deze extreme radiogebeurtenissen beter te begrijpen.

Hoewel ze slechts een fractie van een seconde duren, kunnen snelle radio-uitbarstingen evenveel energie vrijmaken als de zon in een jaar vrijgeeft. Het licht ervan vormt ook een laserachtige straal, waardoor het zich onderscheidt van meer chaotische kosmische explosies.

Bron van snelle radio-uitbarstingen

Omdat de uitbarstingen zo kort zijn, is het vaak moeilijk om de bron ervan te achterhalen. Vóór 2020 zouden degenen die tot hun bron zijn terug te voeren, hun oorsprong hebben buiten onze Melkweg, te ver weg voor astronomen om te begrijpen waarom ze zijn gemaakt. Toen explodeerde er een snelle radio-uitbarsting in de Melkweg van de Aarde, afkomstig van een extreem dicht object dat een magnetar wordt genoemd: de ingestorte overblijfselen van een geëxplodeerde ster.

Het gedrag van een magnetar begrijpen

In oktober 2022 produceerde dezelfde magnetar – genaamd SGR 1935+2154 – opnieuw een snelle radio-uitbarsting, deze werd in detail bestudeerd door NASA's NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) op het International Space Station en de NuSTAR-array (Nuclear Spectroscopic Telescope Array). op grote hoogte Laag. De baan van de aarde. Telescopen observeerden de magnetar urenlang en vingen een glimp op van wat er gebeurde op het oppervlak van het bronobject en in zijn directe omgeving, voor en na de snelle radio-uitbarsting. De bevindingen worden beschreven in een nieuwe studie die op 14 februari in het tijdschrift werd gepubliceerd natuuris een voorbeeld van hoe de telescopen van NASA samenwerken om kortstondige gebeurtenissen in het universum te observeren en te volgen.

In het concept van deze kunstenaar wordt afgebeeld dat de magnetar materie verliest in de ruimte, waardoor zijn rotatie zou zijn vertraagd. De sterke, gedraaide magnetische veldlijnen van de magnetar (groen weergegeven) kunnen de stroom elektrisch geladen materiaal van het object, een soort neutronenster, beïnvloeden. Bron afbeelding: NASA/JPL-Caltech

De explosie vond plaats tussen twee “storingen” in, toen de magnetar plotseling sneller begon te draaien. SGR 1935+2154 heeft een geschatte diameter van ongeveer 20 kilometer en roteert ongeveer 3,2 keer per seconde, wat betekent dat het oppervlak met een snelheid van ongeveer 7.000 mijl per uur (11.000 kilometer per uur) bewoog. Het vertragen of versnellen kost veel energie. Dat is de reden waarom de auteurs van het onderzoek verbaasd waren toen ze zagen dat de magnetar tussen de fouten door in slechts negen uur afremde tot onder de snelheid van vóór de breuk, of ongeveer 100 keer sneller dan ooit bij welke magnetar dan ook is waargenomen.

“Normaal gesproken, als er een anomalie optreedt, duurt het weken of maanden voordat de magnetar terugkeert naar zijn normale snelheid”, zegt Chen-Ping Hu, astrofysicus aan de National Changhua University of Education in Taiwan en hoofdauteur van de nieuwe studie. “Het is dus duidelijk dat er dingen gebeuren met deze objecten op veel kortere tijdschalen dan we eerder dachten, en dat kan verband houden met hoe snel radioflitsen worden gegenereerd.”

Fysica van magnetars

Toen wetenschappers probeerden te achterhalen hoe magnetars snelle radio-uitbarstingen produceren, zijn ze daarin geslaagd Veel variabelen om te overwegen.

Magnetars (een soort neutronenster) zijn bijvoorbeeld zo compact dat een theelepel van hun materie op aarde ongeveer een miljard ton weegt. Zo’n hoge dichtheid betekent ook een sterke zwaartekracht: een marshmallow die op een typisch model valt Neutronenster Het zou dezelfde impact hebben als een vroege atoombom.

De sterke zwaartekracht betekent dat het oppervlak van de magnetar een vluchtige plek is, waar regelmatig uitbarstingen van röntgenstraling en hoogenergetisch licht worden uitgezonden. Vóór de snelle radio-uitbarsting van 2022 begon de magnetar uitbarstingen van röntgen- en gammastraling (nog energetische golflengten van licht) uit te zenden die werden waargenomen in het perifere zicht van krachtige ruimtetelescopen. Deze toename van de activiteit was voor missie-operators aanleiding om NICER te waarschuwen Nustar Direct op de magnetar.

“Alle röntgenflitsen die plaatsvonden vóór deze anomalie zouden in principe voldoende energie moeten bevatten om een ​​snelle radioflits te creëren, maar dat gebeurde niet”, zegt co-auteur van het onderzoek Zorawar Wadiasinghe, een onderzoeker aan de Universiteit van Californië. Californië. Maryland, College Park en het Goddard Space Flight Center van NASA. “Het lijkt er dus op dat er tijdens de vertraging iets is veranderd, waardoor de juiste omstandigheden zijn ontstaan.”

Wat zou er nog meer kunnen gebeuren met SGR 1935+2154 om een ​​snelle radioflits te produceren? Eén factor kan zijn dat het buitenste deel van de magnetar massief is, en dat de hoge dichtheid het binnenste deel verplettert in een toestand die superfluïde wordt genoemd. Soms kunnen de twee niet synchroon lopen, zoals de waterstroom in een roterend aquarium. Wanneer dit gebeurt, kan de vloeistof energie naar de schaal geleiden. De auteurs van het artikel zijn van mening dat dit waarschijnlijk de oorzaak is van de storing die ertoe leidde dat de snelle radio-explosie vast kwam te zitten.

Als de aanvankelijke fout een scheur in het oppervlak van de magnetar zou veroorzaken, zou er waarschijnlijk materiaal uit de ster in de ruimte zijn vrijgekomen, net als bij een vulkaanuitbarsting. Het verlies aan massa zorgt ervoor dat roterende objecten langzamer gaan draaien, dus onderzoekers denken dat dit de snelle vertraging van de magnetar zou kunnen verklaren.

Implicaties voor toekomstig onderzoek

Maar na slechts één van deze gebeurtenissen in realtime te hebben waargenomen, kan het team nog steeds niet bepalen welke van deze factoren (of andere, zoals het sterke magnetische veld van de magnetar) de snelle radioflits zouden kunnen veroorzaken. Sommigen van hen hebben misschien helemaal geen verband met de explosie.

“We hebben ongetwijfeld iets waargenomen dat belangrijk is voor ons begrip van snelle radioflitsen”, zegt George Younes, een Goddard-onderzoeker en lid van het NICER-wetenschapsteam dat gespecialiseerd is in magnetars. “Maar ik denk dat we nog steeds meer gegevens nodig hebben om de puzzel te voltooien.”

Referentie: “Snelle rotatieveranderingen rond een snelle radio-uitbarsting van een magnetar” door Chen Ping Hu, Takuto Narita, Teruaki Enoto, George Yunus, Zorawar Wadiasinghe, Matthew J. Baring, Wayne CJ Ho, Sebastien Guillot, Paul S. Ray, Tolga Gover, Kaustubh Rajwade, Zaven Arzoumanian, Krissa Kovilliotto, Alice K. Harding en Keith C. Gendreau, 14 februari 2024, natuur.
doi: 10.1038/s41586-023-07012-5

Meer over de missie

De Small Explorer-missie wordt geleid door het California Institute of Technology en beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië voor het Science Mission Directorate van het agentschap in Washington. NuSTAR is ontwikkeld in samenwerking met de Deense Technische Universiteit en de Italian Space Agency (ASI). Het ruimtevaartuig werd gebouwd door Orbital Sciences Corp. In Dallas, Virginia. Het NuSTAR Mission Operations Center bevindt zich op Universiteit van California, BerkeleyHet officiële gegevensarchief is gehuisvest in het High Energy Astrophysical Science Archive Research Center van NASA in het NASA Goddard Space Flight Center. ASI levert het grondstation en het spiegelgegevensarchief van de missie. Het wordt gerund door het California Institute of Technology Laboratorium voor straalaandrijving Voor NASA.