Bron ritmische snelle radioflits brandschoon en niet gehinderd door dubbelster

Een Nederlands team van astronomen heeft ontdekt dat het herhalende patroon in de kosmische radioflitser FRB20180916B niet wordt veroorzaakt door de krachtige sterrenwind van een begeleidende ster, zoals eerder werd vermoed. De flitsen komen mogelijk van een zeer sterk gemagnetiseerde maar eenzame neutronenster, een zogeheten magnetar. De astronomen deden deze ontdekking binnen een unieke combinatie van waarnemingen met twee van de grootste radiotelescopen ter wereld: LOFAR en Westerbork.

De Westerborktelescoop (links) nam een ritmische snelle radioflits als eerste waar, aan de blauwe, korte-golf radiohemel. Pas veel later zond de bron rode, lange-golfflitsen uit. De LOFAR-telescoop (rechts) heeft zulke flitsen nu voor het eerst waargenomen. Het kleur-afhankelijke flitsgedrag betekent dat de bron niet periodiek door de wind van een begeleidende ster wordt verduisterd. (Credit: Joeri van Leeuwen)

Snelle radioflitsen (Fast Radio Bursts – FRB’s) behoren tot de heftigste uitbarstingen in het heelal, maar astronomen dachten tot nu toe dat ze door een elektronenmist werden verhuld. Uit de nieuwe waarnemingen blijken ze echter helder zichtbaar. Het resultaat verschijnt deze week in het tijdschrift Nature.

Het gebruik van ‘radiokleuren’ leidde tot de doorbraak. In zichtbaar licht zien we de verschillende golflengten als verschillende kleuren. Zo loopt de regenboog van blauw licht (kortere golflengte) naar rood licht (langere golflengte). Elektromagnetische straling waarvan de golflengte te kort of te lang is voor het menselijke oog, kan ook als licht worden omschreven. Sterrenkundigen noemen dit bijvoorbeeld ultraviolet licht, of radiolicht. Radiolicht bevindt zich voorbij de rode kant van de gewone regenboog. Binnen het radiolicht is blauwer licht (kortere golflengte) weer te onderscheiden van roder licht (langere golflengte). Radiogolven zijn een miljoen maal langer dan die in zichtbaar blauw en rood licht, maar in essentie zijn verschillende radiogolflengtes ook gewoon kleuren.

De onderzoekers bestudeerden de snelle radioflitser FRB20180916B op twee golflengtes tegelijk: één blauwer, en één veel roder. De radioflitsen zijn zeer energierijke fenomenen en duren slechts een duizendste van een seconde. De energie achter de flits moet immens zijn, maar sterrenkundigen snappen nog niet precies hun herkomst. Sommige FRB’s zenden meerdere flitsen uit, FRB20180916B zelfs met regelmaat. Sterrenkundigen vermoedden daarom dat de flitsen van dubbelsterren komen. Die draaien zeer regelmatig om elkaar heen, en kunnen elkaar met hun sterrenwind verduisteren. “De sterrenwind van de begeleider zou het meeste blauwe, korte-golf-radiolicht moeten doorlaten, maar het rode, lange-golf-radiolicht niet,” zegt eerste auteur Inés Pastor-Marazuela (Universiteit van Amsterdam en ASTRON).

Sterrenkundigen dachten dat een dichte elektronmist snelle radioflitsen verduisterde. Waarnemingen met LOFAR (rechts) en Westerbork (links) hebben dit nu ontkracht. Nu hun omgeving brandschoon blijkt, zijn de flitsers nog betrouwbaardere bakens in het heelal (Credit: Joeri van Leeuwen).

Om dat idee te testen, combineerden de astronomen de LOFAR-telescoop met de vernieuwde Westerbork-telescoop. Zo konden ze FRB20180916B tegelijkertijd in twee radiokleuren waarnemen. Westerbork onderzocht de blauwere golflengte van 21 centimeter; LOFAR keek naar de veel rodere golflengte van 3 meter. De telescopen maakten elk een hogesnelheidsfilm van de bron, met duizenden beelden per seconde. Een zelflerende supercomputer doorzocht de beelden direct en continue. “Toen we de twee kleuren vergeleken, wachtte ons een grote verrassing,” zegt Pastor-Marazuela. “Uit de gangbare sterrenwindmodellen voor FRB’s zou je namelijk verwachten alleen, of in ieder geval vooral, blauwere flitsen te zien. Maar wat we vonden was twee dagen vol blauwere radioflitsen, gevolgd door drie dagen met rodere. De eerdere modellen kunnen dus niet kloppen, er is iets anders aan de hand.”

Dit was de eerste keer dat astronomen een snelle radioflits zagen met LOFAR. Op golflengtes langer dan 1 meter waren ze nooit eerder waargenomen. “We proberen al meer dan 10 jaar FRB’s te ontdekken met LOFAR. We hadden al onvoorstelbaar veel data doorzocht. Tot nu toe zonder resultaat. Ik had het al bijna opgegeven,” zegt coauteur Sander ter Veen (ASTRON).

De detectie is belangrijk omdat het betekent dat het rodere, lange-golf-radiolicht toch kan ontsnappen uit de directe omgeving van de felle bron. “Sommige FRB’s blijken dus kraakhelder zichtbaar, ongehinderd door eventuele elektronenmist in hun sterrenstelsel. Dat is heel interessant”, zegt coauteur Liam Connor (UvA/ASTRON), “omdat we FRB’s daardoor kunnen gebruiken als bakens om de atomen in het heelal in kaart te brengen. Een groot deel van die materie lijkt namelijk kwijt.”

De LOFAR radiostations in West-Europa. Credit: ASTRON.

De twee Nederlandse radiotelescopen speelden een sleutelrol in de ontdekkingen. LOFAR is een lange-golf-radiotelescoop die verspreid is over heel Europa, met Drenthe als centrum. De schotels bij Westerbork zijn recent vernieuwd met de (kortere golf) Apertif-ontvangers, radio-hogesnelheidscamera’s. Daarmee is ook de Westerbork-telescoop weer wereldwijd toonaangevend. De doorbraak kwam toen het team de twee direct op elkaar aansloot, en als één liet samenwerken.

Onderzoeksleider Dr. Joeri van Leeuwen (ASTRON/UvA): “We hebben eerst een zelflerende supercomputer voor Westerbork gebouwd. Die fungeert als de visuele hersenen en kan de flitsen razendsnel herkennen. Bij iedere korte-golf-FRB seinde Westerbork volautomatisch LOFAR in, maar LOFAR zag niks. Eerst verdachten we de voorspelde mist rond de FRB-bron ervan die rodere, lange-golf-flitsen tegen te houden – maar tot onze verbazing verschenen de rodere flitsen alsnog, toen de blauwere al gestopt waren. Meteen was duidelijk dat de dubbelsterwind-modellen niet zomaar konden kloppen. De snelle radioflitsen ontsnappen ongehinderd, en worden waarschijnlijk uitgezonden door magnetars.”

Zulke magnetars zijn neutronsterren met een dichtheid vele malen hoger dan lood, en zijn ook gigantisch sterk gemagnetiseerd. “Een eenzame, langzaam draaiende magnetar verklaart het nieuw ontdekte gedrag het beste,” zegt Pastor-Marazuela. “Het voelt alsof je een detective bent die dicht bij de ontknoping is – onze waarnemingen laten nog maar weinig modellen voor FRB’s over.” Bron: Astronomie.nl.

Hubble laat zien dat snelle radioflitsen plaatsvinden in de spiraalarmen van sterrenstelsels

Een voorbeeld van de lokatie waar de snelle radioflitsen zich afspeelden. Credit: NASA, ESA, Alexandra Mannings (UC Santa Cruz), Wen-fai Fong (Northwestern)

Afgelopen twintig jaar zijn er meer dan duizend van waargenomen: snelle radioflitsen [1]Waargenomen vanaf 24 juli 2001, toen de eerste werd ontdekt met de Parkes radiotelescoop in Australië. (Fast Radiobursts, FRB’s), uitbarstingen in radiolicht waarbij in een duizendste van een seconde net zoveel energie vrijkomt als de zon in een heel jaar produceert. Sterrenkundigen willen graag de ware aard van de snelle radioflitsen doorgronden, maar probleem daarbij is dat ze zo kort duren dat in de meeste gevallen de exacte bron aan de hemel niet meer te achterhalen valt – van slechts 15 stuks is ze dat gelukt. Nu hebben sterrenkundigen met behulp van de Hubble ruimtetelescoop van vijf snelle radioflitsen hun precieze positie aan de hemel kunnen vaststellen en die blijkt telkens te liggen in de spiraalarmen van sterrenstelsels. Alexandra Mannings (University of California, Santa Cruz) en haar team konden met behulp van de hoge resolutiefoto’s die Hubble kon maken zien dat de vijf snelle radioflitsen niet plaatsvonden in de helderste delen van de spiraalarmen, waar zich de jonge, zware sterren bevinden, maar in de minder heldere gebieden. Men denkt daarom dat de oorzaak van de radioflitsen niet ligt bij de jonge, zware sterren die als supernovae exploderen, en ook niet bij botsende neutronensterren. Ook vinden ze niet plaats in dwergsterrenstelsels. Wat vermoedelijk wel de oorzaak is en welk model door deze waarnemingen ook wordt versterkt, zijn magnetars, zeer snel roterende neutronensterren met een zeer krachtig magnetisch veld. Jonge magnetars zouden dan af en toe uitbarstingen kunnen hebben, die als de snelle radioflitsen worden waargenomen. Het vakartikel over de waarnemingen zal binnenkort verschijnen in the Astrophysical Journal. Bron: Hubble.

References[+]

References
1 Waargenomen vanaf 24 juli 2001, toen de eerste werd ontdekt met de Parkes radiotelescoop in Australië.

Wellicht kan de Hubble spanning opgelost worden met FRB’s, quasars én botsende neutronensterren en zwarte gaten

Impressie van een botsing van een zwart gat met een neutronenster. Credit: Dana Berry/NASA

Aan de Hubble-spanning heb ik een heel dossier gewijd met welgeteld 43 artikelen die sinds 2016 op de Astroblogs over de verhitte discussie over de expansie van het heelal zijn verschenen, dus daar weten jullie alles van. Nou wordt er op alle fronten gewerkt aan een oplossing van de Hubble-spanning en drie nieuwe ontwikkelingen zag ik deze week verschijnen:

  • de eerste is dat ze zwaartekrachtgolven afkomstig van botsende neutronensterren en zwarte gaten willen gaan gebruiken om de expansiesnelheid van het heelal precies te bepalen. Zwaartekrachtgolven van botsende zwarte gaten zijn al vaak gedetecteerd met de LIGO- en Virgo-detectoren, maar het nadeel van twee botsende zwarte gaten is dat die altijd een ‘schone’ botsing opleveren, met alleen maar zwaartekrachtgolven en verder niets. Een botsing van een zwart gat met een neutronenster daartentegen is niet schoon, daar kán allerlei soorten electromagnetische straling bij vrij komen (zie de impressie hierboven). En daarmee kan je dan heel goed de afstand tot de twee botsende objecten inschatten, als je de roodverschuiving in die straling kan meten. Nu gebeurt de detectie van neutronensterren en zwarte gaten nog te weinig, maar sterrenkundigen hebben simulaties gemaakt en daaruit blijkt dat er tussen 2025 en 2030 naar schatting zo’n  3000 botsingen tussen zwarte gaten en neutronensterren kunnen worden gedetecteerd met de dan bestaande detectoren, waarvan er pakweg 100 straling zullen uitzenden. En die honderd kunnen dan informatie opleveren over de exacte expansiesnelheid van het heelal. Hier het vakartikel, waar ook sterrenkundigen van de Universiteit van Amsterdam bij betrokken waren.
  • de tweede is dat ze een andere manier hebben bedacht om de expansiesnelheid van het heelal te meten (naast de gangbare methodes van het vroege heelal –  de fluctuaties in de kosmische microgolf-achtergrondstraling – en het huidige heelal – de Cepheïden en type Ia supernovae), namelijk de Fast Radio Bursts (FRB’s). Dat zijn zeer energierijke stoten van radiostraling, die zéér kort duren, enkele milliseconden. In een recent vakartikel wordt betoogd dat je FRB’s kunt hanteren als uitstekende indicator van de expansiesnelheid van het heelal als je z’n lokatie in het heelal kent, de positie aan de hemel én de zogeheten dispersie, de verbreding van het signaal in het spectrum. De auteurs denken dat als je van een paar honderd FRB’s die dispersie heel nauwkeurig kunt meten dat je dan een goede inschatting kan maken van de expansiesnelheid van het heelal (waarbij aangetekend dat een voorlopige analyse van zes FRB’s een Hubble constante van H0=62,5 Mpc/km/s opleverde, zelfs ónder de waarde van H0 van het vroege heelal).
  • de derde en laatste methode is dat ze quasars willen hanteren voor het bepalen van de expansiesnelheid van het heelal. Quasars zijn eigenlijk zeer actieve superzware zwarte gaten in de centra van ver verwijderde sterrenstelsels, zwarte gaten die zo actief en helder zijn dat ze de rest van het sterrenstelsel helemaal overstralen. Willen quasars bruikbaar zijn als afstandsindicator dan moeten we ze niet direct waarnemen, maar indirect, dat wil zeggen dat het licht van de quasar wordt vermeerderd tot meerdere beelden middels een tussen de quasar en de aarde staande zwaartekrachtlens, een sterrenstelsel of cluster van sterrenstelsels. In de afbeelding hieronder zie je een impressie van een quasar die we via zo’n zwaartekrachtlens zien:

    Credit: NASA/ESA/D. Player (STScI)

    Als dat licht van de ver verwijderde quasar dat lensstelsel passeert kan het zijn dat licht bijvoorbeeld aan de noordzijde er langer over doet om de aarde te bereiken dan licht aan de zuidzijde. Dat levert verschillende roodverschuivingen op, die in de praktijk erg lastig te meten te zijn. Maar een recente techniek, die ze de ‘intensity correlation speckles‘ noemen en die afkomstig is uit de optica, kan die verschillende roodverschuivingen wel meten en daarmee kunnen ze in de toekomst een betere inschatting maken van de expansiesnelheid van het heelal, aldus dit vakartikel.

Afijn, genoeg ontwikkelingen weer om tot een oplossing te komen voor de Hubble-spanning. Wordt vervolgd. Bron: voor de eerste methode Eurekalert, voor de tweede methode Astrobites en voor de derde methode Universe Today.

Beroemde snelle radioflits FRB20180916B laat zich nog net niet vangen

Twee internationale teams van astronomen (met aanzienlijke Nederlandse betrokkenheid) publiceren twee wetenschappelijke artikelen met nieuwe informatie over de beroemde snelle flitsende bron van radiostraling FRB20180916B. In een artikel in The Astrophysical Journal Letters meten zij bij de laagst mogelijke frequenties de straling van de uitbarstingen. En in Nature Astronomy onderzoeken ze de uitbarstingen in het grootst mogelijke detail. Hoewel de artikelen nieuwe informatie verschaffen, roepen ze ook nieuwe vragen op.

Artistieke weergave van de zogeheten Superterp van LOFAR in Drenthe waar de lage radiogolven van de snelle radioflitser FRB20180916B werden opgevangen. De flitser bevindt zich in een spiraalvormig sterrenstelsel op 500 miljoen lichtjaar van de aarde. (c) Daniëlle Futselaar/ASTRON/HST

In 2007 is de eerste snelle radioflits, of fast radio burst (FRB) ontdekt. Maar wat de flitsen precies veroorzaakt, is nog niet duidelijk. Sinds 2020 vermoeden wetenschappers dat er een verband is met sterk magnetische neutronensterren, zogeheten magnetars. Een van de bekendste snelle radioflitsers is FRB20180916B. Deze flitser werd in 2018 ontdekt en staat op ‘slechts’ 500 miljoen lichtjaar van ons vandaan in een ander sterrenstelsel. De flitser is tot nu toe de dichtstbijzijnde en heeft een flitspatroon dat zich elke 16 dagen herhaalt: 4 dagen van flitsen, 12 dagen van relatieve rust. Die voorspelbaarheid maakt het voor onderzoekers een ideaal object om te bestuderen.

Laagste radiosignalen ooit

Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Ziggy Pleunis (afgestudeerd aan de Universiteit van Amsterdam, nu McGill University, Montréal, Canada) heeft de radioflitser bestudeerd met het Europese netwerk van LOFAR-radiotelescopen. Ze hadden de LOFAR-antennes afgesteld tussen de 110 en 188 MHz. Dat zijn bijna de laagst mogelijk frequenties die de telescoop kan ontvangen. Ze vingen 18 uitbarstingen op. Dat was onverwacht, omdat radioflitsers meestal in hoge frequenties uitzenden. FRB20180916B verbreekt hiermee het laagterecord. De onderzoekers vermoeden overigens dat de flitser in nog lagere frequenties straling uitzendt en gaan daar de komende tijd naar op zoek.

Naast records, leveren de waarnemingen ook nieuwe inzichten op. De lage radiostraling was behoorlijk ‘schoon’ en kwam later aan dan flitsen met hogere radiostraling. Coauteur Jason Hessels (Nederlands instituut voor radioastronomie ASTRON en Universiteit van Amsterdam): “Op verschillende tijden zien we radioflitsen met verschillende radiofrequenties. Mogelijk maakt de flitser deel uit van een dubbelster. Dan zouden we op verschillende momenten een ander zicht hebben op de plek waar deze enorm krachtige flitsen worden opgewekt.”

Artistieke weergave van de Effelsbergtelescoop die zijn schotel richt op het sterrenstel op 500 miljoen lichtjaar van de aarde waar de beroemde snelle radioflitser FRB20180916B met regelmaat uitbarstingen van flitsen verstuurt. (c) Daniëlle Futselaar/ASTRON/HST

Grootste detail ooit

Een team van onderzoekers onder leiding van Kenzie Nimmo (ASTRON en Universiteit van Amsterdam) gebruikte het Europese VLBI-netwerk van radiotelescopen, met daarin een van de 12 Westerbork-telescopen in Drenthe en de 100-meter grote Effelsberg-telescoop in Duitsland. Ze keken in het grootste detail ooit naar de zogeheten gepolariseerde microstructuur van de uitbarstingen. De astronomen zagen dat het uitbarstingenpatroon van FRB20180916B varieerde van microseconde tot microseconde. De meest logische verklaring voor de variatie lijkt een ‘dansende’ magnetosfeer die een neutronenster omhult.

Wetenschappelijke artikelen

LOFAR Detection of 110–188 MHz Emission and Frequency-Dependent Activity from FRB 20180916B. By: Z. Pleunis et al. In: The Astrophysical Journal Letters, 9 april 2021. Origineel: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abec72. Gratis preprint: https://arxiv.org/abs/2012.08372

Highly polarized microstructure from the repeating FRB?20180916B. By: K. Nimmo et al. In: Nature Astronomy, 22 maart 2021. Origineel: https://dx.doi.org/10.1038/s41550-021-01321-3. Gratis preprint: https://arxiv.org/abs/2010.05800

Bron: Astronomie.nl.

FRB 20180916B op microseconde niveau onder de loep genomen

Een team astronomen van het Anton Pannekoek-instituut te Amersterdam en ASTRON o.l.v. Kenzie Nimmo heeft recent één van de FRB’s of ‘Fast Radio Burst’ in het microseconden-bereik geanalyseerd. Het team onderzocht FRB 20180916B in miniscule periodes van slechts 3 tot 4 microseconden binnen de milliseconden die de FRB’s normaliter duren. Van FRB’s, plotselinge en tot op heden onverklaarbare radiopulsen in het heelal, is de oorsprong nog onbekend. De astronomen werkten met gegevens verkregen van het European Very Long Baseline Interferometry Network (EVN, een uitgebreid netwerk van radiotelescopen dat zich uitstrekt over vier continenten. Het team, dat eerder al deze FRB gelokaliseerd had, publiceerde de resultaten van dit onderzoek recent in Nature Astronomy. Nimmo heeft er recent tevens een artikel op AstronomyCommunity aan gewijd.* Lees verder

Jawel, radioflitser FRB 200428 kwam van een magnetar in ons eigen Melkwegstelsel

Impressie van een magnetar die op uitbarsten staat. Credit: McGill University Graphic Design Team

De snelle radioflitser (Engels: Fast Radioburst, FRB) FRB 200428, die op 28 april is waargenomen met de Canadese radiotelescoop CHIME (‘Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment’) blijkt inderdaad geproduceerd te zijn door een magnetar in ons eigen Melkwegstelsel. Ik zeg ‘inderdaad’, want het vermoeden bestond al langer en ik heb er op 5 mei al over geblogd. Maar nu is het allemaal officieel en er zijn maar liefst drie vakartikelen over verschenen, achteraan deze blog te bekijken.

De CHIME radiodetector. Credit: CHIME.

Nog even FRB 200428 in een notendop: op 27 april, een dag voor het verschijnen van de snelle radioflits, zagen de Fermi Gamma-ray Space Telescope en het Neil Gehrels Swift Observatory, beiden gamma-ruimtetelescopen van de NASA, een uitbarsting van gammastraling vanuit een bron in het sterrenbeeld Vosje (Latijn: Vulpecula). Met NASA’s Neutron star Interior Composition Explorer (NICER), die zich aan boord van het ISS bevindt, zag men toen ook een uitbarsting van röntgenstraling.

Dertien uur later kwam er een nieuwe uitbarsting van röntgenstraling, die gedetecteerd werd met de Europese INTEGRAL satelliet, de Chinese Huiyan en de Russische Konus gamma-ray burst monitor, de laatste bevindt zich aan boord van NASA’s GGS-Wind satelliet. Die uitbarsting duurde maar een halve seconde, maar op hetzelfde moment werd ook een korte stoot radiostraling gedetecteerd en wel door de eerder genoemde CHIME als door de Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2 (STARE2). Ter vergelijking: in die ene stoot van minder dan een seconde komt pakweg 100 miljoen keer zoveel energie vrij als wat de zon in dezelfde tijd uitstoot.

De door CHIME waargenomen uitbarsting van radiostraling van FRB 200428. Credit: Paul Scholz/CHIME.

Dé bron van de gamma-, röntgen- en radiostraling blijkt nu SGR 1935+2154 te zijn (SGR staat voor ‘soft gamma repeater’), vermoedelijk een magnetar, een snel ronddraaiende neutronenster met een zeer krachtig magnetisch veld. SGR 1935+2154 staat 30.000 lichtjaar van ons vandaan. Op 3 mei j.l. werd vervolgens nog een korte en sterk gepolariseerde radiouitbarsting waargenomen van SGR 1935+2154 met FAST, de 500 meter radiotelecoop in China, de grootste enkelvoudige radiotelescoop ter wereld.

FAST radiotelescoop credits; NAO / FAST

Daarmee is FRB 200428 de eerste snelle radioflitser die in ons eigen Melkwegstelsel is waargenomen. Snelle radioflitsen worden al sinds 2007 waargenomen, maar altijd kwamen ze van objecten van buiten de Melkweg. Vergeleken met die ‘extragalactische’ FRB’s was deze ‘eigen’ snelle radioflits overigens een kleintje.

De vraag die nu rijst is wat er precies voor gezorgd heeft dat de magnetar tot deze uitbarsting kwam. Wellicht dat SGR 1935+2154 een ‘flare’. meemaakte, een uitbarsting die bijvoorbeeld ontstaat door een beving in het interieur, en dat die flare in botsing kwam met gas in de omringende ruimte van de magnetar en dat er daardoor een schokgolf ontstond.

Vakartikelen

  • Bochenek et al., “A fast radio burst associated with a Galactic magnetar,” Nature 587 (2020), pp. 59-62 (abstract).
  • The CHIME/FRB paper is “A bright millisecond-duration radio burst from a Galactic magnetar,” Nature 587 (2020), pp. 54-58 (abstract).
  • The Lin paper is “No pulsed radio emission during a bursting phase of a Galactic magnetar,” Nature 587 (2020), pp. 63-65 (abstract).

Bron: Centauri Dreams.

Dichtstbijzijnde snelle radioflitser flitst min of meer regelmatig

Artistieke impressie van FRB 180916.J0158+65. (c) Danielle Futselaar (artsource.nl).

Een internationaal team van sterrenkundigen met daarbij een aantal Nederlandse onderzoekers heeft bij nader onderzoek aan een zogeheten repeterende snelle radioflitser ontdekt dat deze flitser ongeveer elke zestien dagen een salvo afgeeft. De flitser flitst echter niet helemaal met de regelmaat van de klok, niet elke uitbarsting duurt even lang en niet elke uitbarsting is even heftig. De onderzoekers publiceren hun onderzoek in Nature van 17 juni 2020.

De onderzoekers bestudeerden de snelle radioflitser FRB 180916.J0158+65. Begin 2020 kwam deze repeterende snelle radioflitser ook al in het nieuws omdat de onderzoekers toen hadden ontdekt dat hij veel dichterbij staat dan andere radioflitsers. Nu keken de onderzoekers voor langere tijd naar de flitser. Ze bestudeerden de gegevens van de flitser tussen 16 september 2018 en 4 februari 2020.

De sterrenkundigen zagen gemiddeld elke 16,35 dagen een uitbarsting van flitsen. De helft van de 38 uitbarstingen was in 13 uur voorbij, maar de rest van de uitbarstingen gingen soms 5 dagen door.

Hoe het flitsgedrag ontstaat en waarom het soms langer duurt en heftiger is, is nog onduidelijk. Kenzie Nimmo, promovenda aan de Universiteit van Amsterdam, werkte mee aan het onderzoek en vermoedt dat de radioflitser deel uitmaakt van een dubbelstersysteem: “De wisselwerking met een andere ster zou dan de herhaling én de grilligheid aan uitbarstingen kunnen verklaren.”

Jason Hessels, onderzoeker aan de Universiteit van Amsterdam en bij ASTRON, gaat nu andere repeterende radioflitsen nader bestuderen: “We willen kijken of die ook soms heftiger en soms minder heftig flitsen. Daarmee hopen we meer vat te krijgen op het fenomeen.”

Onderzoekers bij JIVE (Joint Institute for VLBI ERIC) waren ook betrokken bij het onderzoek, en speelden een leidende rol bij het nauwkeurig lokalisatie van de radioflitser. Bron: Astronomie.nl.

Repeterende snelle radioflits ontdekt met de iconische Lovell radiotelescoop van Jodrell Bank

Impressie van FRB 121102 (in blauw) die ergens anders omheen draait. Credit: Kristi Mickaliger

Door gedurende vier jaar de radiobron FRB 121102 in de gaten te houden met de iconische Lovell radiotelescoop van  het Jodrell Bank observatorium in Engeland hebben sterrenkundigen ontdekt dat het een repeterende snelle radioflitser is. Die snelle radioflitsers (Engels: Fast radiobursts, FRB’s) werden in 2007 voor het eerst ontdekt en het overgrote deel ervan is eenmalig: een zeer korte flits van radiostraling, waarbij enorm veel energie vrijkomt – wat de zon in 80 jaar aan energie produceert, dat komt bij zo’n snelle radioflits in een milliseconde vrij. Tot nu toe waren er twee andere FRB’s bekend die repeterend waren, FRB 180916, die een periode van 16,35 dagen kent, en FRB 180814, waarvan ze  zes opeenvolgende uitbarstingen hebben gedetecteerd. Van FRB 121102 was al eerder bekend dat ‘ie repeterend was en ook waar ‘ie vandaan kwam (een sterrenstelsel op drie miljard lichtjaar afstand), maar de periode was niet bekend.

De Lovell radiotelescoop van Jodrell Bank in Engeland. Credit: Mike Peel; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, University of Manchester.

Maar met de Lovell radiotelescoop konden ze afgelopen vier jaar 32 uitbarstingen detecteren van deze snelle radioflits en daardoor was men in staat te bepalen dat die uitbarstingen een cyclisch patroon volgen: de uitbarstingen vinden plaats in een periode die 90 dagen duurt, gevolgd door een stille periode van 67 dagen, daarna weer een periode van 90 dagen met uitbarstingen, enzovoorts. Bij elkaar dus een cyclus van 157 dagen. Door die cyclus vermoeden dat er bij FRB 121102 sprake is van een dubbelster, waarbij de veroorzaker ergens anders omheen draait, een zware ster, neutronenster of zwart gat. Eerder werd gesuggereerd dat repeterende snelle radioflitsen veroorzaakt zouden kunnen worden door de precessie van magnetars, zeer snel roterende neutronensterren met een extreem krachtig magnetisch veld, wiens magnetische as rondtolt als een tol. Maar een lange periode van 157 dagen valt slecht te rijmen met die suggestie. Wat dan wel de oorzaak is van de periodiciteit moet nog uitgezocht worden. Hier het vakartikel van Kaustubh Rajwade (University of Manchester) en z’n team, verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Universiteit van Manchester.

Snelle radioflitsen tonen de ontbrekende materie in de intergalactische ruimte

Credit: ICRAR / Illustris.

Een schamele vijf procent van alle massa-energie in het heelal bestaat uit gewone materie, waar sterren en planeten uit bestaan, de rest is de mysterieuze donkere materie (27%) en donkere energie (68%). Probleem is niet alleen dat we nog weinig weten van die ‘donkere sector’ van het heelal, maar ook dat het grootste deel van de gewone materie wordt vermist. Tel de massa op van alle zichtbare massa in het heelal, dan komen de sterrenkundigen maar op de helft van wat er op theoretische gronden zou moeten zijn – zie daar het probleem van de ‘missing baryons’, de baryonen zijn de klasse van deeltjes waaruit alle bekende materie bestaat.

impressie van een uitbarsting van een radioflits in een ver sterrenstelsel. Credit: ICRAR.

De sterrenkundigen hadden eerder al het vermoeden dat de ontbrekende materie zich in de intergalactische ruimte bevindt, de ruimte tussen de (clusters van) sterrenstelsels. Dat vermoeden is nu bevestigd en wel door waarnemingen die zijn gedaan aan snelle radioflitsen (Engels: FRB’s – fast radiobursts). Dat zijn zeer kortstondige uitbarstingen van radiostraling, waarbij in korte tijd heel veel straling wordt uitgezonden. Een team van sterrenkundigen onder leiding van Jean-Pierre Macquart van het International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) in Australië heeft met behulp van de Australische Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radiotelescoop zes radioflitsen onderzocht, waarvan precies bekend is in welk sterrenstelsels ze plaatsvonden (zie afbeelding hieronder). Dankzij die exacte positionering aan de hemel kon men weten wat de afstand van de FRB’s tot de aarde is. Van de zes onderzochte radioflitsen kon men vervolgens de zogeheten dispersie bepalen, het verschil in aankomsttijd bij de aarde van de radiostraling met hogere en lagere frekwentie.

Credit: J.-P. Macquart et al.

De radiogolven met een hogere frequentie bereiken ons eerder dan die met een lagere frequentie, iets dat vergelijkbaar is met de manier waarop zonlicht dat door een prisma gaat in verschillende kleuren wordt gescheiden. Hoe sterker de dispersie, des te meer materie is het radiosignaal onderweg tegengekomen, waarbij de straling met lagere frekwentie vaker ‘gehinderd’ wordt dooe die materie. De dispersie wordt gemeten in cm-³ pc (één parsec is 3,09 × 10^18 cm). Wat blijkt uit de metingen met de zes FRB’s: de door ASKAP waargenomen dispersie van de 6 FRB’s ligt tussen 321 en 593 cm-³ pc. Het sterrenstelsel waar de FRB plaatsvond draagt aan die dispersie naar schatting zo’n 50–100 cm-³ pc bij, de Melkweg zo’n 30 cm-³ pc. De rest van de dispersie is te danken aan de baryonische materie van het intergalactische medium. Daar bevindt het zich vermoedelijk in langgerekte filamenten, die in stand worden gehouden door het kosmische web van donkere materie. Eh… is dat veel, die restwaarde die ze gevonden hebben? Nou het is omgerekend ongeveer één à twee atomen per stuk ruimte ter grootte van een bescheiden kantoorkamer. En dat is genoeg om de vermissende baryonische materie mee te verklaren. Hier het vakartikel over de waarnemingen, verschenen in Nature. Bron: Phys.org + Francis Naukas.

Wellicht is voor het eerst een snelle radioflits waargenomen IN het Melkwegstelsel

Impressie van een magnetar. Credit:
ESO/L. Calçada

Tot nu toe waren alle snelle radioflitsen (Engels: Fast Radiobursts, FRB’s) die zijn waargenomen afkomstig van buiten het Melkwegstelsel, 111 stuks volgens deze catalogus. Maar het zou kunnen dat er recent ook voor het eerst eentje is waargenomen in ons Melkwegstelsel. Op 28 april om 16u:34m:33s Nederlandse tijd zag de Canadese radiotelescoop CHIME (‘Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment’) een zeer kortstondige uitbarsting van radiostraling. Die kwam vanuit de richting van de een welbekende gammabron, SGR 1935+2154 (SGR staat voor ‘soft gamma repeater’). Dat is vermoedelijk een magnetar, een snel ronddraaiende neutronenster met een zeer krachtig magnetisch veld. SGR 1935+2154 staat 30.000 lichtjaar van ons vandaan in de richting van het sterrenbeeld Vosje (Vulpecula).

Op 27 april, dus een dag voor de radiouitbarsting, was al gezien dat SGR 1935+2154 gamma- en röntgenstraling begon uit te stoten, waargenomen door zeven instrumenten, waaronder de Swift en Agile ruimtetelescopen en NICER, dat verbonden is aan het ISS (zie de tweet hierboven over die waarneming). En toen zag CHIME de snelle radioflits een dag later, weliswaar aan de rand van z’n beeldveld – zeg maar in z’n ooghoek – hieronder de waarneming, die twee korte pieken van 5 milliseconde breed vertoont, 30 milliseconde na elkaar .

Credit: Paul Scholz/CHIME.

Met een sterkte van meer dan 1,5 miljoen Jansky per milliseconde was de uitbarsting sterk genoeg om ook vanuit een ander sterrenstelsel waargenomen te kunnen worden. Maar vergeleken met andere snelle radioflitsers was de FRB van SGR 1935+2154 zwak. De uitbarsting was ook gezien met de STARE2 survey. Hieronder een tweet met daarin aangegeven de uitbarsting SGR 1935+2154, die qua sterkte aan de onderkant zit van de groep FRB’s.

Op 3 mei j.l. werd vervolgens nog een korte en sterk gepolariseerde radiouitbarsting waargenomen van SGR 1935+2154 met FAST, de 500 meter radiotelecoop in China, de grootste enkelvoudige radiotelescoop ter wereld, die onlangs in gebruik is genomen – hieronder zie je die uitbarsting in beeld.

Credit: C.F. Zhang et al.

Of de uitbarsting van SGR 1935+2154 ook echt een snelle radioflitser is moet nog worden bevestigd. Zoals gezegd was ‘ie – voor Melkwegbegrippen weliswaar krachtig – voor FRB’s in andere sterrenstelsels een zwakke broeder. Onderzoek moet uitwijzen of het er echt eentje was en of ‘ie ook door een magnetar is uitgezonden. De theorie zegt dat magnetars FRB’s kunnen produceren als door de interactie van hun magnetische veld en zwaartekrachtsveld een soort van sterbeving plaatsvindt en er een stoot radiogolven wordt uitgezonden. Tot nu toe waren alle FRB’s te ver weg om daar precies achter te komen, dus als SGR 1935+2154 echt een snelle radioflits heeft uitgezonden is dat een unieke situatie, die de sterrenkundigen te gelegenheid biedt er eentje van dichtbij te onderzoeken. Bron: Sciencealert.