Repeterende kosmische radio uitbarstingen volgen een vreemde cyclus van 157 dagen

Schematische weergave Fast radio Burst
Artist impressie van een FRB (in blauw) in een baan rond een begeleider (in paars). Credit: Kristi Mickaliger

Snelle radio uitbarstingen (FRB’s = Fast Radio Burst) houden astronomen al meer dan 10 jaar bezig. Maar nog steeds weten ze niet waar ze vandaan komen. Een nieuw onderzoek identificeert een onverwachte en ongebruikelijke lange cyclus van 157 dagen voor een bekende repeterende FRB. Deze ontdekking herdefinieert wat we weten over deze mysterieuze intergalactische pulsen.

Iets, en we weten totaal niet wat, schiet korte, hoogenergetische pulsen de ruimte in en dat doet het met een regelmatig patroon. Dit schrijven astronomen in een artikel dat onlangs is verschenen in het tijdschrift “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

De bron van deze uitbarstingen, FRB 121102 genoemd, bevindt zich in een dwergsterrenstelsel dat ongeveer 3 miljoen lichtjaar van de Aarde is verwijderd. Het nieuw ontdekte patroon duurde 157 dagen. In die periode is FRB 121102 90 dagen actief en daarna gedurende 67 compleet stil. Hierna herhaalt het patroon zich.

Het patroon is door astronomen van de universiteit van Manchester gevonden. Ze maakten gebruik van de Lovell Telescope om FRB 121102 gedurende 4 jaar te bestuderen. Hun onderzoek omvat 32 aparte uitbarstingen die, gecombineerd met oudere gegevens over deze FRB, het patroon onthulden. FRB 121102 is de eerste van slechts twee bekende repeterende FRB’s. De andere is FRB 180916.J10158+56. Het 157 durende patroon was voorheen niet bekend. Het nieuwe onderzoek werd geleid door astrofysicus Kaustubh Rajwade van de universiteit van Manchester.

FRB’s werden in 2007 ontdekt en lange tijd werd aangenomen dat het eenmalige gebeurtenissen zijn zoals exploderende sterren. Maar de ontdekking van repeterende FRB’s heeft er toe geleid dat astronomen er andere tegenaan zijn gaan kijken. Huidige theorieën denken o.a. aan snel draaiende neutronensterren met sterke magneetvelden (zogenaamde magnetars), versmeltingen van superdichte objecten, superzware zwarte gaten en zelfs aan de activiteiten van buitenaardse beschavingen.

Canadese astronomen hebben afgelopen jaar ook een repeterend patroon ontdekt bij de FRB 180916.J10158+56. Deze FRB is gedurende 4 dagen actief en dan gedurende 12 dagen stil. Deze cyclus loopt dus 16 dagen en dat is ruwweg 10x korter dan de periode van FRB 121102. Dat is een sterke nieuwe aanwijzing voor astronomen die de bron van deze vreemde hemelse emissies proberen te lokaliseren.

Volgens Ari Loeb van de universiteit van Harvard en niet betrokken bij het onderzoek is de meest natuurlijke verklaring voor deze periode van 157 dagen een object, bijvoorbeeld een jonge neutronenster, die in een baan rond een begeleider draait. Dat zou dan in een configuratie zijn waarbij er radioactieve uitbarstingen plaatsvinden die wij in een deel van de baan kunnen waarnemen. Een andere mogelijkheid is dat het niet gaat om een neutronenster maar om een normale ster of een soort van overblijfsel van een ster die ongeveer even zwaar is als onze Zon.

Een baanperiode van 0,43 jaar komt overeen met een afstand tussen de beide objecten van ongeveer de half van de Aarde en de Zon. Als de bron een paar bundels in tegengestelde richting uitstraalt dan is het mogelijk dat die 157 dagen slechts de helft zijn van de baanperiode. In dat geval zou de afstand tussen beide objecten ongeveer even groot zijn als de afstand tussen de Aarde en de Zon.

Een van de opties die mogelijk door het nieuwe onderzoek uitgesloten kan worden is een wiebelende magnetar.

Repeterende FRB’s zouden verklaard kunnen worden door de precessie, zoals een wiebelende tol, of een magnetische as van een sterk gemagnetiseerde neutronenster. Maar met de huidige gegevens denke  astronomen dat de periode van 157 dagen lastig te verklaren is uitgaande van de enorm grote magnetische velden die bij dergelijke sterren worden verwacht.

Ofschoon FRB 121102 en FRB 180916.J10158+56 beiden een vaste periode hebben is het ook mogelijk dat het hier gaat om twee verschillende fenomenen. Astronomen moeten duidelijk nog veel meer leren over FRB’s en aanvullende gegevens zijn nodig om ze te leren begrijpen.

Astronomen begrijpen deze FRB’s dan wel niet goed maar ze bestaan echt. Ze worden zelfs gebruikt om andere wetenschappelijke raadsels, zoals de locatie van de ontbrekende materie in het heelal, mee op te sporen.

Artikel: Possible periodic activity in the repeating FRB 121102

Eerste publicatie: 10 juni 2020
Bron: Gizmodo