Odkrycie unikalnego sygnału radiowego sporo mówi o naturze pracy astronomów

Jak pracuje astronom zajmujący się obserwacjami? Odpowiedź na to pytanie wydaje się prosta. Wymyśla projekt, którego celem są obserwacje danego obiektu, wybiera instrument, którym będzie chciał go przeprowadzić, zgłasza zapotrzebowanie na czas obserwacyjny na wybranym teleskopie, przeprowadza obserwacje, analizuje uzyskane dane. Zwykle pisze też artykuł, w którym publicznie dzieli się wnioskami ze swojej pracy z innymi.

Obserwacje na zapas? Czy to ma sens? Jak najbardziej

I w zasadzie to chyba wszystko. No właśnie. Czy zastanawialiście się jednak, co dzieje się z danymi, które gromadzone są w trakcie astronomicznych obserwacji? Czy są one po zakończeniu projektu wyrzucane do kosza, czy raczej kasowane z dysku, bo dziś znakomita większość obserwacji jest realizowana za pomocą cyfrowych detektorów?

W historii astronomii znajdzie się sporo takich właśnie przypadków niszczenia danych, dziś już wiemy niechlubnych, jednak to w gromadzeniu danych obserwacyjnych tkwi siła pracy astronoma.

Pokój kontrolny VLTI. Nie każdemu astronomowi dane jest zasmakować obserwacji w dosłownym tego słowa znaczeniu (fot: ESO/H.H.Heyer)

I nie chodzi tu tylko o fakt ich ponownego wykorzystania, odwołania się do danych, które zostały przeanalizowane za pomocą nowocześniejszych technik. Astronomowie jak i radioastronomowie gromadzą w trakcie obserwacje tak duży ogrom danych, że przekracza on często zapotrzebowanie ich projektów badawczych. W tych danych mogą tkwić ciekawe rzeczy, o których nie miało się nawet pojęcia.

Analiza zebranych wcześniej obserwacji to na dodatek działanie idealne na czasy powracających lockdownów, gdy trzeba mimo woli pracować w domu. Obliczenia są puszczane zdalnie na serwerach w obserwatoriach lub innych ośrodkach obliczeniowych, a astronom obserwuje w domu jedynie interesujące go wykresy.

Nigdy nie wiadomo, kiedy ktoś wpadnie na ciekawy sposób wykorzystania obserwacji

Przechowywanie danych obserwacyjnych to jedno z wyzwań jakie stoi przed dzisiejszą astronomią i radioastronomią. Bo nie są to jedynie ciągi liczb, a często też nieprzeanalizowane obrazy, które nawet po kompresji zajmują dużą przestrzeń dyskową. Każdy projekt obserwacyjny musi brać pod uwagę tę okoliczność. Kiedyś zbierano płyty fotograficzne lub zapisane taśmy z danymi.

Centrum danych w Perth w Australii, z którego korzysta Międzynarodowe Centrum Badań Radioastronomicznych (ICRAR) (fot: ICRAR)

Potem, czasem kilkanaście lat później, ale czasem dość szybko, bo na przykład po 4 latach od obserwacji, ktoś może wpaść na pomysł, by jeszcze raz przeszukać zbiór danych obserwacyjnych. Zebranych w ramach własnego projektu, albo przez innych obserwatorów, którzy upublicznili swoje dane.

Takie właśnie zadanie postawiła Dr. Natasha Hurley-Walker doktorantowi Tyronowi O’Doherty. Zadanie brzmiało następująco - wyszukaj pojawiające się na niebie obiekty porównując pary obserwacji wykonane w odstępie 24 godzin w danych zgromadzonych przez radioteleskop MWA. Celem poszukiwań były tzw. radiowe transienty, czyli sygnały, które występują w danej lokalizacji chwilowo.

Tajemniczy sygnał, który powtarza się dokładnie co 18,18 minuty

Tyron O’Doherty wykonał swoje zadanie sumiennie i relacjonując wyniki nie omieszkał wspomnieć o niezwykłym sygnale, który pojawia się co 18,18 minuty i trwa od 30 do 60 sekund.

Periodyczny sygnał to jeszcze żadna sensacja, ale czas trwania jak i tempo powtórzeń nie dawało się z początku w żaden sposób wytłumaczyć. Znane obiekty emitowały pulsy promieniowania albo zbyt wolno, albo zbyt szybko, by pasować do obserwacji.

Zdjęcie Galaktyki, z widokiem ku jej centrum. Po prawej zaznaczono pozycję występowania obserwowanego sygnału (fot: ICRAR)

Jakby tego było mało, okazało się, że okresowy sygnał został zauważony wyłącznie w obserwacjach wykonanych w styczniu i marcu 2018 roku. Przez większość lutego w miejscu obserwacji radiowo było cicho. Przez pięć lat przed styczniem 2018 roku również nie rejestrowano takiego sygnału. A także po marcu 2018 roku, do dziś. Obecnie prowadzony jest nasłuch nieba w nadziei na ponowne wystąpienie takiego sygnału, a także poszukuje się podobnych zjawisk w innych rejonach nieba.

Odkrycie możliwe tylko dzięki gromadzeniu danych. Czym jest tajemniczy obiekt?

Tylko dzięki gromadzeniu danych dla późniejszych analiz udało się dokonać takiego odkrycia. Gdyby wykonane w 2018 roku obserwacje trafiły do kosza, nikt by się nie dowiedział o takim oryginalnym sygnale.

A tak udało się nie tylko go wychwycić, ale też analizując opóźnienie sygnału na różnych częstotliwościach, ustalić odległość. Źródło jest dość blisko nas, bo w odległości jedynie 4000 lat świetlnych.

Wizualizacja magnetara. Obiekt obraca się wysyłając wiązkę promieniowania coraz to w innym kierunku. Gdy na jej drodze znajdzie się Ziemia, możemy taki obiekt odpowiednio zaklasyfikować (fot: ICRAR)

Obecnie udało się wysnuć teorię, która sugeruje, że obserwowany obiekt jest magnetarem o bardzo długim okresie zmian. Magnetar to gwiazda neutronowa, wyróżniająca się bardzo silnym polem magnetycznym, a silna polaryzacja wykrytego sygnału na to wskazuje. Jednak dotychczas nie obserwowano magnetarów o tak długim okresie obrotowym, bo to z nim zsynchronizowane są pulsy sygnału.

Powyższe tłumaczenie natury zaobserwowanych pulsów radiowych jest tym bardziej prawdopodobne, gdy wziąć pod uwagę fakt, że magnetary są jednym z kandydatów na źródło tzw. FRB czyli szybkich błysków radiowych. Źródła FRB mogą być powtarzalne, ale też mogą pojawiać się w cyklach co pewien czas, długo pozostając nieaktywne.

Nie trzeba być obserwatorem, by zajmować się astronomią obserwacyjną

Powyższa historia pokazuje jeszcze jedną rzecz. Astronomowie, którzy zajmują się badaniem danych obserwacyjnych nie muszą być z doświadczenia obserwatorami.

Mogą mieć ogromną wiedzę na temat odpowiedniej obróbki danych, ale nie muszą wcale zajmować się obserwacjami w dosłownym tego słowa znaczeniu. Z kolei osoby, które poświęcają swoje życie na konstruowanie aparatury obserwacyjnej, czy pracę przy budowie teleskopów, nie muszą od razu korzystać z nich później.

Źródło: ICRAR, ESO, inf. własna