Geheimzinnig kosmisch radiosignaal afkomstig van pulsar in magnetische versterker

Een mysterieuze serie radioflitsen van buiten de Melkweg is mogelijk afkomstig van een pulsar in een zeer sterk magneetveld. Dat stellen astronomen deze week in het vakblad Nature

Wereldwijd speuren radiotelescopen – waaronder die bij Arecibo – naar de bron van het mysterieuze signaal. Beeld: Daniëlle Futselaar

Gezocht: kosmische radioflits, oorzaak onbekend. Zo zou het opsporingsbericht van FRB 121102 kunnen luiden. Het geheimzinnige radiosignaal is deel van een hele klasse onbegrepen signalen, zogeheten fast radio bursts (frb’s), maar is zelfs in die collectie een heel bijzondere. In tegenstelling tot gewone frb’s – sterke radioflitsen die enkele milliseconden duren – herhaalt FRB 121101 zichzelf namelijk. En vooralsnog kan niemand vertellen wat dat gedrag veroorzaakt.

‘Het is een onvervalst wetenschappelijk raadsel’, zegt astronoom Jason Hessels, onder andere verbonden aan de Universiteit van Amsterdam en coauteur van een Nature-artikel waarin een deel van het mysterie nu wordt opgelost. ‘Het is zeldzaam dat we zoiets mysterieus tegenkomen. Het signaal spreekt daarom erg tot de verbeelding.’

Zeer sterk magneetveld

Samen met zijn collega’s richtte Hessels de antennes van de William E. Gordon-radiotelescoop van het Arecibo-observatorium in Puerto Rico en de Amerikaanse Green Bank Telescope op de plek van de hemel waaraan het signaal ontspringt: een stervormingsgebied in een dwergsterrenstelsel op een afstand van zo’n 3 miljard lichtjaar van de aarde. Zij maten 16 flitsen van FRB 121102 die onthulden dat de bron zich in de buurt van een zeer sterk magneetveld bevindt. Dat bleek uit het feit dat de trilrichting van de radiostraling – de zogeheten polarisatierichting – onderweg op kenmerkende wijze was gedraaid. Dat zogeheten Faraday-effect ‘is typisch voor de invloed van een magneetveld’, zegt Hessels. Uit de hoeveelheid draaiing kon hij bovendien berekenen dat het om een zeer sterk veld ging, gelegen in een dik plasma, een gas vol geïoniseerde deeltjes.

Govert Schilling leidt u rond door sterrenkundeparadijs Zuid-Afrika. Boek nu

Dat betekent meteen dat FRB 121102 niet alleen uitzonderlijk is omdat zijn signaal zich herhaalt. Metingen van de flitsen van andere frb’s onthulden namelijk ook draaiingen, maar wel veel minder sterke: de pulsen van FRB 121102 bleken vijfhonderdmaal meer gedraaid dan ooit bij een andere frb-bron is gezien. ‘Mogelijk hebben de herhaling van het signaal en het zeer sterke magneetveld iets met elkaar te maken’, zegt Hessels. Wat precies, is echter onduidelijk.

LEESTIP In dit prachtige boek leest u over NASA’s röntgensatelliet Chandra, die de geheimen van donkere materie, superzware zwarte gaten en de levenscyclus van sterren verder ontrafelde. Bestel nu in onze webshop.

Conservatieve opties

In hun artikel bespreken Hessels en collega’s twee mogelijke bronnen voor het signaal. De eerste is een pulsar (een snel rondtollende neutronenster die straling uitzendt) die zich rondom het magneetveld van een zwaar zwart gat bevindt. Dat ligt voor de hand omdat de astronomen zo’n heftig Faraday-effect tot nog toe alleen hebben gezien in de buurt van superzware zwarte gaten, zoals het exemplaar in het centrum van de Melkweg. Een tweede optie is dat er toch geen zwart gat is, maar alleen een pulsar. ‘In dat geval zou deze gevangen kunnen zitten in een nevel met een sterk magneetveld’, zegt Hessels. Ook een pulsar gevangen in een supernovarestant, het spul dat overblijft na de spectaculaire ontploffingsdood van een ster, behoort tot de opties.

Bij al die opties is sprake van een krachtig magneetveld dat de pulsen van de pulsar kan versterken, ‘een beetje zoals een loep een lichtbundel versterkt’, zegt Hessels. Die versterking moet dan alleen wel heel groot zijn. Zo zijn de radioflitsen van FRB 121102 bijvoorbeeld vele malen sterker dan die van de bekende Krabpulsar, die we goed kennen omdat hij relatief dichtbij staat (een miljoenmaal dichterbij dan de veronderstelde pulsar die FRB 121102 veroorzaakt).

‘Wij hebben in ons artikel redelijk conservatieve opties voor bronnen genoemd’, zegt Hessels. Volgens hem sluit zijn resultaat veel exotischere varianten echter niet uit. ‘Flitsen veroorzaakt door een zwart gat zelf, bijvoorbeeld. Het zou me niets verbazen als anderen binnenkort artikelen publiceren waarin dat soort verklaringen aan bod komen.’

Nieuwe methode

Bij hun onderzoek hanteerden de astronomen een nieuwe onderzoeksmethode. De radioflitsen zenden tegelijk op veel verschillende frequenties – een beetje als een radiozender die de hele AM- en FM-band vult. In dit geval stemden de astronomen voor het eerst af op juist hele hoge frequenties, die ze daarvoor nog niet beluisterd hadden.

‘We hebben hiervoor een nieuwe waarneemmethode ontwikkeld op de Arecibo-telescoop. Onze collega’s van de Green Bank Telescope hebben de resultaten bevestigd met waarnemingen op nog hogere radiofrequenties’, stelt astronoom en coauteur Andrew Seymour in een persverklaring. ‘Bovendien ontdekten we dat een van de flitsen korter duurde dan 30 microseconden.’ Dat bevestigt volgens hem het idee dat de flitsen afkomstig zijn van een pulsar ‘in een extreme omgeving van gemagnetiseerd plasma’.

Een groter blikveld

Neutronensterren en zwarte gaten zijn in het heelal overigens niet zeldzaam. Toch is het niet vreemd dat FRB 121102 tot nog toe het enige herhalende signaal is. Op basis van het aantal gemeten frb’s schat Hessels dat er elke tien seconden ergens aan de hemel eentje te zien moet zijn. ‘Die zien we nu alleen niet, omdat onze huidige radiotelescopen een relatief klein blikveld hebben’, zegt hij.

Een nieuwe generatie radiotelescopen, waaronder een opgewaardeerde versie van de radiotelescoop bij het Nederlandse Westerbork, krijgt een groter blikveld. ‘Vervolgens wordt het spannend’, zegt Hessels. ‘Ik ben benieuwd hoeveel herhalende signalen we dan zullen vinden.’

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees verder:

Plaats een reactie