2020 kan zomaar de boeken ingaan als het jaar waarin de grote doorbraak in het onderzoek naar snelle radioflitsen zich eindelijk aandiende.

Bijna twee decennia nadat een radiotelescoop ze voor het eerst oppikte, denken astronomen eindelijk grip te krijgen op het ontstaan van snelle radioflitsen. De buitenaardse radiosignalen – die vaak slechts enkele milliseconden aanhouden en in dat korte tijdsbestek soms meer energie voortbrengen dan onze zon in 1000 jaar tijd doet – zijn dit jaar namelijk ook opgedoken in ons eigen Melkwegstelsel én te herleiden naar een magnetar: het redelijk exotische restant van een zware ster. Is daarmee het mysterie dat astronomen al jaren bezighoudt dan eindelijk opgelost?

Hoe het allemaal begon
Het grote mysterie in kwestie dient zich officieel pas in 2007 aan, wanneer astronomen zich over gearchiveerde data van het Parks Observatory buigen en opeens iets vreemds zien. In 2001 heeft de radiotelescoop een extreem energierijke flits opgevangen die van miljoenen of zelfs miljarden lichtjaren ver lijkt te komen. In eerste instantie wordt het signaal – dat nog nooit eerder is waargenomen en vanuit de astronomie onverklaarbaar lijkt – weggezet als een illusie: het resultaat van een storing in de instrumenten. Maar het mysterie van de flits wordt een paar jaar later nieuw leven ingeblazen wanneer ook de Arecibo-radiotelescoop iets soortgelijks detecteert. “Toen er meer snelle radioflitsen ontdekt werden, was de wetenschappelijke gemeenschap het er over eens: we hebben hier te maken met een gloednieuw astrofysisch fenomeen,” vertelt Kenzie Nimmo, die aan het Anton Pannekoek Instituut voor Astronomie onderzoek doet naar deze mysterieuze buitenaardse signalen.

Een mysterie was geboren
Hoewel er in de jaren erna ook zo af en toe snelle radioflitsen werden opgevangen, bleef onduidelijk hoe deze nu precies ontstonden. “Wat in die tijd een probleem was, was dat de snelle radioflitsen slechts een fractie van een seconde flitsten en vervolgens nooit meer werden gezien,” legt Nimmo uit. “Dus je had maar één kans om zo’n flits te spotten en de experimenten uit te voeren waarmee je enkele vragen over deze snelle radioflitsen hoopte te beantwoorden.”

Repeteren
Dat schoot niet erg op. “Alles veranderde echter toen er voor het eerst een repeterende snelle radioflits werd ontdekt.” Opeens werd het mogelijk om een snelle radioflits herhaaldelijk – en met verschillende instrumenten – te bestuderen én de bron ervan te lokaliseren. “Zo kon bijvoorbeeld bevestigd worden dat deze eerste repeterende snelle radioflits inderdaad op grote afstand, in een ander sterrenstelsel, ontstond.” Maar ook met de ontdekking van de repeterende snelle radioflitsen was het zeker geen gelopen race. “We kennen nu ongeveer 20 repeterende radioflitsen, maar van de meesten kunnen we niet voorspellen wanneer ze flitsen en dat maakt het lastig.” Wat tenslotte ook niet meehelpt als je dit mysterie op wilt lossen, is dat de meeste snelle radioflitsen op enorme afstand van de aarde het levenslicht zien en het gedetailleerd observeren van de flitsen en hun bron zo bemoeilijkt wordt.

Waar onderzoekers in de eerste jaren na de ontdekking van de snelle radioflitsen slechts mondjesmaat snelle radioflitsen ontdekten, is dat vandaag de dag wel anders. Het aantal observaties is de afgelopen jaren sterk toegenomen. Het is volgens Nimmo te herleiden naar de ingebruikname van radiotelescopen die naar een veel groter deel van de ruimte kunnen kijken dan hun voorgangers. “We weten dat snelle radioflitsen overal in de ruimte kunnen ontstaan en we kunnen niet voorspellen waar en wanneer ze zullen flitsen (tenzij het om repeterende radioflitsen gaat, dan weten we natuurlijk wel waar we ze kunnen verwachten). Dus dat maakt het lastig om snelle radioflitsen te vinden. De laatste jaren zijn er echter enkele radiotelescopen operationeel geworden – zoals CHIME (het Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, red.) en ASKAP (de Australian Square Kilometre Array Pathfinder, waarvan enkele antennes te zien zijn op deze foto, red.). Deze telescopen hebben een veel groter gezichtsveld en kunnen dus veel meer snelle radioflitsen spotten. Daarom is het aantal ontdekkingen in de afgelopen jaren sterk toegenomen.” Afbeelding: CSIRO.

Maar terwijl wetenschappers worstelen met de mysterieuze radioflitsen die veelal van ver komen, wordt afgelopen augustus bekend dat onderzoekers voor het eerst een snelle radioflits hebben gespot die relatief dichtbij – namelijk in ons eigen Melkwegstelsel – is ontstaan. En dat niet alleen. Ze denken ook te weten waar deze radioflits vandaan komt; alles wees erop dat de radioflits afkomstig was van de magnetar SGR 1935 + 2154.

Een opwindende ontdekking, zo stelt Nimmo. Ze besloot samen met collega’s om deze magnetar met behulp van radiotelescopen in Nederland, Zweden en Polen eens goed in de gaten te houden. En al snel was het raak; ze zagen de magnetar twee keer flitsen en tonen zo overtuigend aan dat magnetars in staat zijn om snelle radioflitsen voort te brengen. “We waren allemaal extreem opgewonden en blij dat we daadwerkelijk flitsen hadden waargenomen,” vertelt Nimmo hierover. “En we voelen ons bevoorrecht dat we een nieuw stukje aan de puzzel hebben kunnen toevoegen en er zo hopelijk aan bij kunnen dragen dat uiteindelijk duidelijk wordt wat snelle radioflitsen nu werkelijk zijn.” Want met de ontdekking dat SGR 1935 +2154 daadwerkelijk snelle radioflitsen voortbrengt, is het mysterie niet in één klap opgelost. “Zoals met alle grote ontdekkingen het geval is, brengt ook deze voornamelijk meer onbeantwoorde vragen met zich mee,” merkt Nimmo nuchter op.

Wanneer een zware ster aan het einde van zijn leven komt en implodeert, blijft er een neutronenster over. Dit is een piepkleine ster met een ongelofelijke dichtheid (zo zou een theelepeltje neutronenster hier op aarde 4 miljard ton wegen!). Sommige van deze neutronensterren bezitten bovendien een uitzonderlijk krachtig magnetisch veld – ongeveer 100 miljoen keer krachtiger dan de krachtigste magneten die wij kunnen maken. En die neutronensterren worden ook wel aangeduid als magnetars. Afbeelding: ESA.

Nieuwe vragen
Zo is bijvoorbeeld nog volstrekt onduidelijk hoe een magnetar deze snelle radioflitsen kan voortbrengen. “Er zijn op dit moment twee theorieën over,” aldus Nimmo. “En in beide theorieën spelen het krachtige magnetische veld en geladen deeltjes die bijna net zo snel reizen als het licht, een belangrijke rol.” In de eerste theorie ontstaan de radioflitsen door een verstoring in de magnetosfeer, en dus vrij dicht bij het oppervlak van de magnetar. Volgens de andere theorie worden geladen deeltjes weggeslingerd en genereren ze de radiostraling juist op enige afstand van de magnetar. Welke theorie klopt, is nog onduidelijk. Een andere kwestie waar onderzoekers zich nog het hoofd over breken, is de helderheid van de snelle radioflits die SGR 1935 + 2154 voortbracht. “De helderste radioflits van SGR 1935 + 2154 is ongeveer dertig keer minder energierijk dan de zwakste snelle radioflits die we (buiten onze Melkweg, red.) hebben gezien en ongeveer 1 miljoen keer minder energierijk dan de helderste snelle radioflitsen ooit,” vertelt Franz Kirsten, verbonden aan het Onsala Space Observatory. “Dus wat is de reden van dit brede scala aan helderheid?” De onderzoekers moeten het antwoord schuldig blijven. “Het zou natuurlijk geweldig zijn als we in de toekomst een radioflits van SGR 1935+2154 zien komen die net zo helder of helderder is (dan de radioflitsen die van buiten ons sterrenstelsel komen, red.),” merkt Nimmo op. En tenslotte kunnen onderzoekers ook de non-repeterende snelle radioflitsen nog niet zo goed plaatsen. Zijn deze fundamenteel anders dan de repeterende radioflitsen, zoals SGR 1935+2154 deze voortbrengt? En vinden ze hun oorsprong dus in andere objecten en processen? Of zijn ze ook afkomstig van magnetars die net als SGR 1935+2154 soms heldere en soms ook minder heldere radioflitsen voortbrengen, waarvan we door de afstand tot die magnetars op dit moment enkel de helderste kunnen zien en we daardoor – onterecht – in de veronderstelling zijn dat ze niet herhaaldelijk flitsen?

Doorbraak
Het is zomaar een greep uit de vragen die onderzoekers op dit moment bezighouden. En ondanks dat er dus nog veel te ontdekken valt, kan 2020 toch zomaar de boeken in gaan als het jaar waarin een doorbraak leidde tot de uiteindelijke oplossing van het mysterie dat snelle radioflitsen heet. Want die ene magnetar in onze Melkweg kan weleens van groot belang zijn in de zoektocht naar antwoorden op die prangende vragen omtrent de ware aard van de snelle radioflitsen. “Het voordeel van zo’n bron van snelle radioflitsen in onze eigen Melkweg is dat de afstand tot deze bron klein genoeg is om ook röntgen- en zwakkere radiostraling op te vangen, iets wat onmogelijk is voor snelle radioflitsen die verder weg ontstaan,” aldus Kirsten. “En hopelijk kunnen we zo meer duidelijkheid krijgen over hoe de magnetar deze extreem energieke flitsen produceert.”

Verrassingen
De komende tijd houden onderzoekers niet alleen SGR 1935+2154 nauwlettend in de gaten; ook andere magnetars worden gemonitord. Ondertussen gaat de zoektocht naar snelle radioflitsen afkomstig van buiten ons sterrenstelsel natuurlijk ook gewoon door. Wat dat vervolgonderzoek gaat brengen, is altijd afwachten, stelt Nimmo. “Ik weet zeker dat we nog op verrassingen gaat stuiten. Nieuwe telescopen zoals de SKA (Square Kilometer Array, een grote radiotelescoop met duizenden ontvangers die momenteel in Zuid-Afrika en Australië wordt gebouwd, red.) zullen aspecten van snelle radioflitsen blootleggen waar we ons nu nog geen voorstelling van kunnen maken.”

Dat het mysterie uiteindelijk opgehelderd wordt, staat wel vast; daarvoor is het afgelopen jaar een stevig fundament gelegd waarop onderzoekers kunnen verder bouwen. Maar wie denkt dat het doorgronden van de snelle radioflits het eindstation is, heeft het mis. Want ook als we van de hoed en de rand weten, zullen de snelle radioflitsen zich ongetwijfeld nog lang in onze aandacht mogen verheugen. “Als dit mysterie is opgelost, zullen snelle radioflitsen tot belangrijke astrofysische gereedschappen verworden waarmee we mogelijk de grootste vraagstukken in het universum – zoals de snelheid waarmee het universum uitdijt – kunnen oplossen.” Het moge duidelijk zijn: astronomen zijn – ondanks de recente doorbraak – nog wel even zoet met deze bijzondere radiosignalen.