Een van de meest mysterieuze kosmische verschijnselen zijn snelle radioflitsen. Dit zijn korte radiosignalen met een duur van enkele milliseconden van onbekende aard, die het resultaat zijn van het vrijkomen van een enorme hoeveelheid energie. Meer dan een decennium is verstreken sinds hun ontdekking, maar astrofysici proberen nog steeds de mechanismen van hun voorkomen te achterhalen. De onderzoekers noemen neutronensterren, zwarte gaten en zelfs zenders van buitenaardse beschavingen als mogelijke bronnen.
Mysterieuze signalen
Bij snelle radioflitsen komt in milliseconden evenveel energie vrij als de zon gedurende enkele tienduizenden jaren heeft uitgezonden. De belangrijkste hypothese is dat ze worden veroorzaakt door catastrofale gebeurtenissen, zoals het samensmelten van twee neutronensterren, een flits door de verdamping van een zwart gat of de transformatie van een pulsar in een zwart gat. Lange tijd werd aangenomen dat radioflitsen maar één keer kunnen voorkomen, maar in 2015 werd ontdekt dat de eerder opgenomen snelle radioflitsen FRB 121102 niet-periodiek wordt herhaald.
FRB 121102 bevindt zich in een dwergstelsel op drie miljard lichtjaar van de aarde en bleef, ondanks zorgvuldige zoekacties, jarenlang de enige bekende bron van terugkerende radioflitsen. In januari 2019 verscheen echter een artikel van wetenschappers van de Canadese samenwerking CHIME in het tijdschrift Nature, waarin werd gemeld dat signalen uit een andere bron opnieuw werden geregistreerd - 180814. J0422 + 73. De interferometrische radiotelescoop CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) heeft zes snelle radioflitsen gedetecteerd die afkomstig waren van een melkwegstelsel op 1,3 miljard lichtjaar afstand.
De signalen in hun frequentiestructuur en spectrale karakteristieken leken op de signalen van FRB 121102, wat wijst op een soortgelijk mechanisme van hun vorming en dezelfde aard van de bron. De ontdekking duidt op het bestaan van een apart type snelle radioflitsen, die juist vanwege hun herhaling geen catastrofale gebeurtenissen kunnen zijn.
Promotie video:
Stille melkweg
In augustus 2019 identificeerde een internationaal team van wetenschappers voor het eerst de bron van een enkele snelle radioflitsen FRB 180924, die zijn oorsprong vond in een sterrenstelsel op vier miljard lichtjaar afstand.
Met behulp van de ASKAP-radio-interferometer, gevestigd in Australië, bepaalden astronomen de locatie van de FRB-bron en berekenden ze vervolgens de afstand tot de bron, waarbij ze gegevens analyseerden van de optische telescopen Gemini, Keck en VLT. Het bleek dat de radiovlam voorkwam in een enorm sterrenstelsel ter grootte van de Melkweg, 13 duizend lichtjaar van het centrum. Kenmerkend voor de melkweg is het ontbreken van processen voor de geboorte van nieuwe sterren.
Dit staat in contrast met het repetitieve FRB 121102-signaal, dat zich in het actieve stervormingsgebied bevindt. Daarom moeten enkele en herhaalde snelle radio-bursts een verschillende oorsprong hebben. In het geval van FRB 121102 leek het radiosignaal door een krachtig magnetisch veld rond een magnetar te gaan, een speciaal type neutronenster.
Al snel rapporteerden astronomen van het California Institute of Technology in de Verenigde Staten de ontdekking van nog een snelle radioflitsen FRB 190523, die ook plaatsvond in een relatief rustige omgeving - in een sterrenstelsel dat analoog is aan de Melkweg en 7,9 miljard lichtjaar verwijderd is van de aarde.
Beide ontdekkingen weerleggen dat snelle radioflitsen alleen kunnen optreden in jonge dwergstelsels die grote aantallen magnetars bevatten.
Radio-interferometer ASKAP.
Acht tweelingen
In augustus 2019 verscheen een artikel van de Canadese samenwerking CHIME in de preprint-repository van arXiv.org, waarin melding werd gemaakt van de detectie van acht herhalende radiosignalen. Twee bronnen van radiosignalen - FRB 180916 en FRB 181119 - flitsten meer dan twee keer (respectievelijk tien en drie keer), de rest stuurde slechts één keer herhaalde radiosignalen, met de langste pauze tussen het opnemen van radiogolven van 20 uur. Volgens de onderzoekers kan dit erop wijzen dat veel FRB's eigenlijk repetitief zijn, maar sommige zijn actiever dan andere.
De meeste van de acht nieuwe snelle radiosalvo's vertoonden een afname van de signaalfrequentie bij elke herhaalde burst, wat de sleutel kan zijn om het mechanisme te begrijpen dat deze verschijnselen veroorzaakt. Bovendien heeft FRB 180916 de laagste signaalverspreidingssnelheden, wat de relatieve nabijheid van de bron tot de aarde aangeeft. Het zou ook kunnen helpen bij het bepalen van de aard van de radioflitsen, concludeerden de onderzoekers.
Hell sterren
Aan het einde van de zomer van 2019 meldden wetenschappers van het National Center for Radioastrophysics in India dat magnetars nog steeds een van de meest waarschijnlijke bronnen van snelle radioflitsen zijn (althans repetitieve).
De afwijkende magnetar XTE J1810-197 werd waargenomen met de Giant Metrewave Radiotelescoop. Er werden milliseconde pulsen van radio-uitzending geregistreerd, die lijken op flitsen van herhalende FRB 180814. J0422 + 73.
Gigantische Metrewave Radiotelescoop.
Deze magnetar bevindt zich op 10 duizend lichtjaar van de aarde. Het werd ontdekt in 2003 en stopte geleidelijk met het uitzenden van radio-uitzendingen in 2008. In 2018 deed zich er echter een nieuwe uitbraak voor, die ook geleidelijk begon te vervagen. Interessant is dat magnetars gewoonlijk geen radiostraling uitzenden, en de XTE J1810-197 was de eerste bron van dergelijke radiostraling. De zeldzaamheid van dit object, evenals van de zich herhalende radioflitsen, heeft ertoe geleid dat wetenschappers geloven dat beide verschijnselen met elkaar verband kunnen houden.
Lawaaierig gat
In september 2019 meldden Chinese astronomen dat ze nieuwe snelle repetitieve radioflitsen (FRB's) hadden gedetecteerd van FRB 121102. De signalen werden gedetecteerd met een 500 meter FAST-radiotelescoop met een 19-bundelontvanger in de provincie Guizhou. Van eind augustus tot september werden meer dan 100 pieken geregistreerd, wat een recordaantal is onder alle geregistreerde FRB's.
Tegen die tijd begonnen wetenschappers aan te nemen dat FRB 121102 een superzwaar zwart gat is dat 10-100 miljoen keer groter is dan de massa van de zon en een krachtig magnetisch veld genereert, en dat de directe bron van fakkels een neutronenster of plasma zou kunnen zijn, dat wordt beïnvloed door het gat. Een andere mogelijke verklaring is dat FRB 121102 een gemagnetiseerde plerion is, een nevel die wordt gevoed door de sterrenwind van een pulsar.
***
Hoewel snelle radioflitsen tot dusverre een onverklaard fenomeen blijven, zijn er in 2019 veel gegevens aan de wetenschappelijke gemeenschap gepresenteerd die astronomen dichter bij de oplossing brengen. Het bleek dat FRB's kunnen worden herhaald, en ze doen het waarschijnlijk heel vaak. In dit geval worden ze gegenereerd door nogal exotische objecten zoals neutronensterren (pulsars en magnetars), die zich in een geschikt interstellair medium bevinden. Enkele uitbarstingen komen voor in minder turbulente omstandigheden: sterrenstelsels waar stervorming erg langzaam is. Dergelijke verschijnselen treden hoogstwaarschijnlijk echt op als gevolg van catastrofale processen.
