We melden hoe de Westerbork-schotels (links) een periodieke, korte Fast Radio Burst detecteerden in de blauwe, hoogfrequente radiohemel. De tijd verstreek, de gestage achtergrondsterren veranderden in sporen. Pas veel later straalde dezelfde bron uit in de rode, laagfrequente radiohemel. De LOFAR-telescoop (rechts) heeft deze nu voor het eerst gedetecteerd. Dit chromatische gedrag laat zien dat de uitbarstingen niet periodiek worden geblokkeerd door dubbelsterwinden. Credit: Joeri van Leeuwen

Door twee van de grootste radiotelescopen ter wereld met elkaar te verbinden, hebben astronomen ontdekt dat een eenvoudige binaire wind toch niet de raadselachtige periodiciteit van een snelle radio-uitbarsting kan veroorzaken. De uitbarstingen kunnen afkomstig zijn van een sterk gemagnetiseerde, geïsoleerde neutronenster. De radiodetecties laten ook zien dat snelle radio-uitbarstingen, enkele van de meest energetische gebeurtenissen in het heelal, vrij zijn van verhullend materiaal. Die transparantie vergroot hun belang voor de kosmologie verder. De resultaten verschijnen in het tijdschrift Nature.

Het gebruik van “radiokleuren” leidde tot de doorbraak. In optisch licht zijn kleuren hoe het oog elke golflengte onderscheidt. Onze regenboog gaat van blauw optisch licht met een kortere golflengte naar rood optisch licht met een langere golflengte. Maar elektromagnetische straling die het menselijk oog niet kan zien, omdat de golflengte te lang of te kort is, is even reëel. Astronomen noemen dit 'ultraviolet licht' of 'radiolicht'. Het radiolicht verlengt de regenboog tot voorbij de rode rand die we zien. De radioregenboog zelf gaat ook van "blauwere", kortegolfradio naar "redder" langegolfradio. Radiogolflengten zijn een miljoen keer langer dan de golflengten van optisch blauw en rood, maar in wezen zijn het gewoon "kleuren": radiokleuren.

Snelle radio-uitbarstingen werden nog nooit eerder gezien op lange radiogolflengten, wat de theorieën voedde dat ze werden omringd door dichte elektronennevels. We rapporteren de allereerste radiodetectie op lange golflengte, met behulp van de LOFAR-telescoop (vierkanten aan de rechterkant); samen werken met de Westerbork schotels (links). We concluderen dat er in feite geen mist rond de Fast Radio Burst hangt. Die heldere en transparante kijk is belangrijk voor de kosmologie. Credit: Joeri van Leeuwen

Het team van astronomen heeft nu een snelle radio-uitbarsting bestudeerd op twee radiogolflengten - één blauwer, één veel verlosser - tegelijkertijd. Snelle radio-uitbarstingen zijn enkele van de helderste flitsen aan de radiohemel, maar ze zenden buiten ons menselijk zicht uit. Ze gaan maar 1/1000ste van een seconde mee. De energie die nodig is om Fast Radio Bursts te vormen, moet buitengewoon hoog zijn. Toch is hun exacte aard onbekend. Sommige Fast Radio Bursts worden herhaald, en in het geval van FRB 20180916B is die herhaling periodiek. Deze periodiciteit leidde tot een reeks modellen waarin Fast Radio Bursts afkomstig zijn van een paar sterren die om elkaar heen draaien. De binaire baan en de stellaire wind creëren dan de periodiciteit. “Van sterke stellaire winden van de metgezel van de Fast Radio Burst-bron werd verwacht dat ze het meeste blauwe radiolicht met korte golflengte uit het systeem zouden laten ontsnappen. Maar de reddende langegolfradio moet meer of zelfs helemaal worden geblokkeerd”, zegt Inés Pastor-Marazuela (Universiteit van Amsterdam en ASTRON), de eerste auteur van de publicatie.

Om dit model te testen, combineerde het sterrenkundig team de LOFAR en vernieuwde Westerbork-telescopen. Zo konden ze FRB 20180916B gelijktijdig bestuderen op twee radiokleuren. Westerbork keek naar de blauwere golflengte van 21 centimeter, LOFAR observeerde de veel rodere golflengte van 3 meter. Beide telescopen namen radiofilmpjes op met duizenden beelden per seconde. Een zeer snelle machine-learning supercomputer detecteerde snel bursts. "Toen we de gegevens analyseerden en de twee radiokleuren vergeleken, waren we zeer verrast", zegt Pastor-Marazuela. "Bestaande binaire windmodellen voorspelden dat de uitbarstingen alleen in blauw zouden schijnen, of daar in ieder geval veel langer zouden duren. Maar we zagen 2 dagen met blauwere radio-uitbarstingen, gevolgd door 3 dagen van verlossende radio-uitbarstingen. We sluiten de originele modellen nu uit – er moet iets anders aan de hand zijn.”

De Fast Radio Burst-detecties waren de eerste ooit met LOFAR. Tot dan toe was er geen enkele gezien op golflengten langer dan 1 meter. dr. Yogesh Maan van ASTRON zag voor het eerst de LOFAR-uitbarstingen: “Het was opwindend om te ontdekken dat Fast Radio Burst op zulke lange golflengten schijnt. Nadat ik enorme hoeveelheden gegevens had doorgenomen, kon ik het in het begin moeilijk geloven, ook al was de detectie overtuigend. Al snel kwamen er nog meer uitbarstingen binnen.” Deze ontdekking is belangrijk omdat het betekent dat de redder, lange-golflengte radio-emissie kan ontsnappen uit de omgeving rond de bron van de Fast Radio Burst. "Het feit dat sommige snelle radio-uitbarstingen in schone omgevingen leven, relatief niet verduisterd door dichte elektronenmist in het gaststelsel, is erg opwindend", zegt co-auteur Dr. Liam Connor (U. Amsterdam/ASTRON). "Zulke kale snelle radio-uitbarstingen stellen ons in staat om de ongrijpbare baryonische materie op te sporen die nog steeds niet in het heelal wordt gevonden."

De LOFAR-telescoop en het Apertif-systeem op Westerbork zijn elk op zich al formidabel, maar de doorbraken werden mogelijk gemaakt omdat het team de twee direct met elkaar verbond, alsof ze één waren. “We bouwden een realtime machine learning-systeem op Westerbork dat LOFAR alarmeerde wanneer er een burst binnenkwam”, zegt hoofdonderzoeker Dr. Joeri van Leeuwen (ASTRON/U. Amsterdam), “Maar er werden geen gelijktijdige LOFAR-bursts gezien. Eerst dachten we dat een waas rond de snelle radio-uitbarstingen alle uitbarstingen van de redding blokkeerde - maar verrassend genoeg verschenen de uitbarstingen van de redding zodra de blauwere uitbarstingen waren gestopt. Toen realiseerden we ons dat eenvoudige binaire windmodellen uitgesloten waren. Snelle radio-uitbarstingen zijn kaal en kunnen worden gemaakt door magnetars.

Dergelijke magnetars zijn neutronensterren, met een veel hogere dichtheid dan lood, die ook zeer magnetisch zijn. Hun magnetische velden zijn vele malen sterker dan de sterkste magneet in een aards laboratorium. "Een geïsoleerde, langzaam roterende magnetar verklaart het gedrag dat we ontdekten het beste", zegt Pastor-Marazuela. "Het voelt veel als een detective - onze observaties hebben aanzienlijk verengd welke Fast Radio Burst-modellen kunnen werken."

Referentie: "Chromatische periodieke activiteit tot 120 megahertz in een snelle radio-uitbarsting" door Inés Pastor-Marazuela, Liam Connor, Joeri van Leeuwen, Yogesh Maan, Sander ter Veen, Anna Bilous, Leon Oostrum, Emily Petroff, Samayra Straal, Dany Vohl , Jisk Attema, Oliver M. Boersma, Eric Kooistra, Daniel van der Schuur, Alessio Sclocco, Roy Smits, Elizabeth AK Adams, Björn Adebahr, WJG de Blok, Arthur HWM Coolen, Sieds Damstra, Helga Dénes, Kelley M. Hess, Thijs van der Hulst, Boudewijn Hut, V. Marianna Ivashina, Alexander Kutkin, G. Marcel Loose, Danielle M. Lucero, Ágnes Mika, Vanessa A. Moss, Henk Mulder, Menno J. Norden, Tom Oosterloo, Emanuela Orrú, Mark Ruiter en Stefan J. Wijnholds, 25 augustus 2021, Natuur. DOI: 10.1038/s41586-021-03724-8

E-mailadres is optioneel. Indien opgegeven, wordt uw e-mailadres niet gepubliceerd of gedeeld.

SciTechDaily: thuisbasis van het beste wetenschaps- en technologienieuws sinds 1998. Blijf op de hoogte van het laatste scitech-nieuws via e-mail of sociale media.

Zou het leven kunnen overleven rond de dichtstbijzijnde sterren? In samenwerking met het Breakthrough Initiative, Sabre Astronautics en NASA's Jet Propulsion Laboratory leidt professor Peter Tuthill...

Copyright © 1998 - 2021 SciTechDaily. Alle rechten voorbehouden.