Illustration: teleskop spårar mystisk radioblixt till spiralgalax
​Illustration: Sammankopplade teleskop spårar mystisk radioblixt till spiralgalax bara en halv miljard ljusår bort.
​Danielle Futselaar (artsource.nl)

Återkommande radioblixtar i spiralgalax får forskare att tänka om

​Med sammankopplade radioteleskop i bland annat Onsala har astronomer spårat upprepade, extremt korta radiosignaler till en galax som liknar vår. Den överraskande upptäckten ändrar än en gång förutsättningarna för forskarna som vill förstå gåtan om radioblixtarna.​
Ett av vår tids största mysterier inom astronomi är vad som ligger bakom kort, dramatiska utbrott av radiostrålning som kallas radioblixtar, eller på engelska fast radio burstsVarje blixt varar endast en tusendels sekund, men forskare har nu dokumenterat hundratals blixtar från dessa gåtfulla källor. I framtiden kan radioblixtarna bli ett viktigt verktyg för forskare som vill förstå universums, men först behöver fler kunna studeras i detalj. Hittills har dock noggranna positioner på himlen kunna fastställas endast för fyra radioblixtar.

År 2017 upptäcktes den första radioblixten som återkommande från samma plats på himlen, med ojämna mellanrum. Då kunde forskare börja skilja mellan radioblixtar som bara syntes som en enda blixt (icke-återkommande, eller non-repeating) och sådana som där många blixtar registrerades från samma läge (återkommande eller repeating). 

Benito Marcote, astronom vid JIVE (Joint Institute for VLBI ERIC), har lett arbetet.

– De återkommande blixtarna som vi sett i den första återkommande radioblixten uppstod under väldigt speciella omständigheter inuti en mycket liten dvärggalax. Upptäckten blev den första biten i ett pussel men gav fler frågor än svar, till exempel huruvida det finns en grundläggande skillnad mellan återkommande och icke-återkommande radioblixtar. Nu har vi kunnat lokalisera en andra återkommande radioblixt som också utmanar våra tidigare idéer om vad källan till dessa utbrott kan vara.

Den 19 juni 2019 riktades åtta teleskop i nätverket EVN (European VLBI Network) mot en radiokälla med beteckningen FRB 180916.J0158+65. Denna källa upptäcktes 2018 av teleskopet CHIME i Kanada. Under en fem timmar lång observation registrerade forskarna fyra blixtar, var och en kortare än två tusendels sekund. Tack vare metoden långbasinterferometri kunde teleskopen tillsammans uppnå en mycket hög vinkelupplösning, och därför kunde blixtarnas läge i rymden ringas in till ett område bara sju ljusår tvärsöver. Precisionen kan jämföras med att från jorden urskilja en enda människa på månen.

Nu när forskare hade fastställt källans exakta läge på himlen tog de hjälp av ett av världens största teleskop för att också synligt ljus undersöka källans omgivningar. Med bilder tagna med det 8-metersteleskopet Gemini North på berget Mauna Kea i Hawaii kunde de ringa in blixtarnas källa till ett område i en tidigare känd spiralgalax där nya stjärnor håller på att bildas. Galaxensom har katalognamnet SDSS J015800.28+654253.0, ligger omkring en halv miljard ljusår från jorden i stjärnbilden Cassiopeja.

Kenzie Nimmo, doktorand vid Universiteit van Amsterdam, Nederländerna, ingår i forskarlaget.

– Läget skiljer sig radikalt från både den tidigare upptäckta upprepande radioblixten, men också från alla radioblixtarna som tidigare studerats. Skillnaderna mellan återkommande och icke-återkommande radioblixtar har därmed blivit mindre tydliga. Dessa händelser kanske inte kan förknippas med en viss typ av galax eller en viss miljö, tror vi. Det kan vara så att radioblixtar kan skapas i ett helt zoo av platser i hela universum och behöver bara särskilda omständigheter för att bli synliga, förklarar hon.

Även om tidigare antaganden ser ut att kullkastas av upptäckten är denna återkommande radioblixt ändå den närmast belägen vars läge har hittills kunnat bestämmas. Det ger nya möjligheter för att detaljstudera dessa händelser. Det menar Jason Hessels, astronom vid Astron, Nederländernas institut för radioastronomi och Universiteit van Amsterdam.

– Vi hoppas att fortsatta studier kommer att avslöja vilka förhållanden som resulterar i att dessa blixtar skapas. Vårt mål är att kunna bestämma positioner för fler radioblixtar och till slut förstå deras ursprung, avslutar han. 

Mer om forskningen, om teleskopnätverket och om långbasinterferometri 

Forskningsresultaten presenteras den 6 januari 2019 vid Amerikanska astronomiska sällskapets (AAS) vintermöte i Honolulu, Hawaii, USA och i tidskriften Nature. Forskningsartikeln A repeating fast radio burst source localised to a nearby spiral galaxy av B. Marcote med flera, publiceras i Nature på adressen https://doi.org/10.1038/s41586-019-1866-z. Bland författarna finns Franz Kirsten, astronom vid Onsala rymdobservatorium, Chalmers.

Långbasinterferometri eller VLBI (very long baseline interferometry) är en astronomisk metod som går ut på att flera radioteleskop som ligger långt från varandra samtidigt observerar samma område på himlen. Data från varje teleskop skickas sedan till en central dator, korrelatorn, för att skapa bilder med högre upplösning än till och med världens bästa teleskop för synligt ljus.

European VLBI Network (EVN; www.evlbi.org) är en interferometrisk uppställning av radioteleskop i Europa, Asien, Sydafrika och Amerika som genomför unika, högupplösta radioastronomiska observationer av kosmiska radiokällor. Nätverket grundades 1980, med Onsala rymdobservatorium bland de första fem medlemmarna, och har idag växt till världens känsligaste teleskopuppställning i sitt slag, med fler än 20 teleskop varav några av världens största och känsligaste radioteleskop. EVN drivs av European Consortium for VLBI, som består av 15 forskningsinstitut, bland dem Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE).

Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE; www.jive.eu) har som huvuduppdrag att stå för driften och utvecklingen av EVN-processorn, en kraftfull superdator som kombinerar signalerna från radioteleskop i hela världen. JIVE grundades 1993 och är sedan 2015 ett ERIC (European Research Infrastructure Consortium), idag med sex medlemsländer: Nederländerna, Storbritannien, Sverige, Frankrike, Spanien och Lettland.

Mer om radioblixtar och hur de spåras

Radioblixtarnas ursprung är ett mysterium i sig, men de kan också ta astronomer närmare en förståelse av själva universum. En av den moderna kosmologins stora frågor är hur universums bygge på alla skalor kom till. För att ta itu med dessa frågor görs till exempel beräkningar och datorsimuleringar, men deras resultat beror till stor del på vilka förhållanden som antas råda i det unga universum. Det blir speciellt problematiskt med tanke på att den största delen av galaxernas materia är osynlig. 

Radioblixtarna kan i framtiden erbjuda en elegant lösning till detta problem. De korta pulserna sprids under sin färd genom rymden, med resultatet att längre våglängder når fram till jorden lite senare än kortare våglängder. Denna fördröjning, som kan mätas med hög precision, ger en uppskattning på hur mycket materia som ligger mellan källan och jorden. Om tusentals radioblixtar ka hittas i alla riktningar kommer det att bli möjligt att på ett nytt sätt kartlägga hur materia fördelas i universum. Dock behövs ett sätt att också mäta avståndet till varje radioblixt.

Vanligen upptäcks radioblixtar med enskilda radioteleskop som kan i bästa fall identifiera en ungefärlig riktning för källan på himlen. Med metoden långbasinterferometri (VLBI) öppnar sig nya möjligheter.

Idag är EVN (European VLBI Network) det enda teleskopnätverk i sitt slag som är tillräckligt känsligt för att kunna studera radioblixtar. Astronomer kan med hjälp av nätverket fastställa både radioblixtens värdgalax och lära sig om dess omgivning i galaxen. Genom att fastställa värdgalaxen kan forskarna analysera observationer av galaxens synliga ljus för att fastställa dess avstånd från jorden. Att studera radioblixtarnas omgivningar i deras värdgalaxer ger dessutom värdefull information om hur de kan alstras och vilka slags extragalaktiska himlakroppar de kan förknippas med.

- Nu när vi fortsätter att nysta upp gåtan om radioblixtarna behöver astronomer kunna studera dem i oerhörd detalj. Den kombinerade känsligheten hos teleskopen i EVN ger unika möjligheter att studera dessa händelser. Vi hoppas att fortsatta observationer kommer att bidra till vår förståelse av dessa nyckfulla källor, säger Francisco Colomer, föreståndare för JIVE (Joint Institute for VLBI ERIC).

Kontakter

Robert Cumming, kommunikatör, Onsala rymdobservatorium, Chalmers, tel: 031-772 5500 eller 070 493 3114, robert.cumming@chalmers.se.
 
Franz Kirsten, astronom, Onsala rymdobservatorium, Chalmers, 031-772 5532, franz.kirsten@chalmers.se

Bilder

A (överst). I denna illustration föreställer sig rymdkonstnären Danielle Futselaar radioblixtkällan 180916.J0158+65, dess värdgalax, och de teleskopen som studerat fenomenet. Bilden på spiralgalaxen är baserad på observationer gjorda med teleskopet Gemini North på berget Mauna Kea, Hawaii. Blixten som här ser ut att fara från galaxen mot jorden är baserad på mätningar gjorda med det 100-metersteleskopet vid Effelsberg i Tyskland. Bland de åtta radioteleskopen som avbildas finns 25-metersteleskopet vid Onsala rymdobservatorium i Sverige. De sammankopplade radioteleskopen användes för att peka ut ett område i galaxen som källa till blixtarna. Här syns även kupolen till Gemini North-teleskopet, som användes för att avbilda galaxen och genom att mäta dess rödförskjutning också uppskatta avståndet dit.
Bild: Danielle Futselaar (artsource.nl)

B. Spiralgalaxen SDSS J015800.28+654253.0, är värdgalax för radioblixtkällan 180916.J0158+65. Bilden har skapats utifrån exponeringar genom tre filter (SDSS g', r' och z'), vilka motsvarar synligt och kortvågigt infrarött ljus. Två vita streck markerar läget i galaxen för de återkommande radioblixtarna.
Bild: Shriharsh Tendulkar / Gemini Observatory​

Publicerad: on 08 jan 2020.