Ukjent natur av kosmiske radioutbrudd

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Et av de mest mystiske kosmiske fenomenene er raske radioutbrudd. Dette er radiosignaler med kort varighet på flere millisekunder av ukjent karakter, som er et resultat av frigjøring av en enorm mengde energi. Mer enn et tiår har gått siden oppdagelsen deres, men astrofysikere prøver fortsatt å finne ut mekanismene for deres forekomst. Forskerne siterer nøytronstjerner, sorte hull og til og med sendere av fremmede sivilisasjoner som mulige kilder.

Mystiske signaler

Med raske radioutbrudd, i millisekunder, frigjøres like mye energi som solen har sendt ut over flere titusenvis av år. Den ledende hypotesen er at de er forårsaket av katastrofale hendelser, for eksempel sammenslåingen av to nøytronstjerner, et blink fra fordampningen av et sort hull eller transformasjonen av en pulsar til et sort hull. I lang tid ble det antatt at radioutbrudd bare kan forekomme én gang, men i 2015 ble det oppdaget at den tidligere innspilte raske radioutbruddet FRB 121102 gjentas på en ikke-periodisk måte.

FRB 121102 ligger i en dverggalakse tre milliarder lysår fra Jorden, og forble i flere år den eneste kjente kilden til gjentatte radioutbrudd, til tross for nøye søk. I januar 2019 dukket imidlertid en artikkel av forskere fra det kanadiske samarbeidet CHIME opp i tidsskriftet Nature, der det ble rapportert om omregistrering av signaler fra en annen kilde - 180814. J0422 + 73. Det interferometriske radioteleskopet CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) har registrert seks raske radioutbrudd som kom fra en galakse 1,3 milliarder lysår unna.

Signalene i deres frekvensstruktur og spektralkarakteristikk lignet signalene fra FRB 121102, noe som indikerer en lignende mekanisme for deres dannelse og samme natur av kilden. Oppdagelsen indikerer eksistensen av en egen type raske radioutbrudd, som ikke kan forårsakes av katastrofale hendelser nettopp på grunn av at de gjentar seg.

Stille galakse

I august 2019 identifiserte et internasjonalt team av forskere først kilden til en enkelt rask radioutbrudd FRB 180924, som oppsto i en galakse fire milliarder lysår unna.

Ved å bruke ASKAP radiointerferometer som ligger i Australia, bestemte astronomer plasseringen av FRB-kilden, og beregnet deretter avstanden til den ved å analysere data fra Gemini, Keck og VLT optiske bakkebaserte teleskoper. Det viste seg at radioblusset skjedde i en massiv galakse på størrelse med Melkeveien, 13 tusen lysår fra sentrum. Et karakteristisk trekk ved galaksen er fraværet av prosesser for fødselen av nye stjerner.

Dette er i motsetning til det repeterende signalet FRB 121102, som ligger i området for aktiv stjernedannelse. Enkelte og repeterende raske radioutbrudd må derfor ha ulik opprinnelse. Når det gjelder FRB 121102, så radiosignalet ut til å passere gjennom et kraftig magnetfelt rundt en magnetar, en spesiell type nøytronstjerne.

Snart rapporterte astronomer ved California Institute of Technology i USA om oppdagelsen av et annet raskt radioutbrudd FRB 190523, som også skjedde i et relativt rolig miljø - i en galakse som er analog med Melkeveien og er 7,9 milliarder lysår unna. fra jorden.

Begge disse funnene motbeviser at raske radioutbrudd bare kan forekomme i unge dverggalakser som inneholder et stort antall magnetarer.

Åtte tvillinger

I august 2019 dukket det opp en artikkel av det kanadiske samarbeidet CHIME i preprint-lageret arXiv.org, som rapporterte påvisning av åtte repeterende radiosignaler. To kilder til radiosignaler - FRB 180916 og FRB 181119 - blinket mer enn to ganger (henholdsvis ti og tre ganger), resten sendte gjentatte radiosignaler bare én gang, med den lengste pausen mellom opptak av radiobølger på 20 timer. Ifølge forskerne kan dette tyde på at mange FRB-er faktisk er repeterende, men noen er mer aktive enn andre.

De fleste av de åtte nye raske radioutbruddene viste en reduksjon i signalfrekvens med hver gjentatt utbrudd, noe som kan være nøkkelen til å forstå mekanismen som produserer disse fenomenene. I tillegg har FRB 180916 de laveste signalspredningsratene, noe som indikerer kildens relative nærhet til Jorden. Det kan også bidra til å bestemme arten av radioutbruddet, konkluderte forskerne.

Helvete stjerner

På sensommeren 2019 rapporterte forskere ved National Center for Radioastrophysics i India at magnetarer fortsatt er en av de mest sannsynlige kildene til raske radioutbrudd (i det minste repeterende).

Den unormale magnetaren XTE J1810-197 ble observert med Giant Metrewave Radio Telescope. Millisekundepulser med radiostråling ble registrert, som lignet blink fra gjentatte FRB 180814. J0422 + 73.

Denne magnetaren ligger 10 tusen lysår fra jorden. Den ble oppdaget i 2003 og sluttet gradvis å sende ut radiostråling i 2008. I 2018 skjedde imidlertid et nytt utbrudd på den, som også gradvis begynte å falme. Interessant nok sender magnetarer vanligvis ikke ut radiostråling, og XTE J1810-197 var den første kilden til radioutslipp av denne typen. Sjeldenheten til dette objektet, som de repeterende radioutbruddene, har fått forskere til å tro at begge fenomenene kan være relatert til hverandre.

Støyende hull

I september 2019 rapporterte kinesiske astronomer at de hadde oppdaget nye raske repeterende radioutbrudd (FRB) fra FRB 121102. Signalene ble oppdaget med et 500 meter FAST radioteleskop med en 19-strålemottaker i Guizhou-provinsen. Fra slutten av august til september ble det registrert mer enn 100 pigger, som er et rekordantall blant alle registrerte FRB-er.

På den tiden begynte forskerne å anta at FRB 121102 er et supermassivt sort hull som overstiger solens masse 10-100 millioner ganger og genererer et kraftig magnetfelt, og en nøytronstjerne eller plasma påvirket av hullet kan være den direkte kilde til bluss. En annen mulig forklaring er at FRB 121102 er en magnetisert plerion, en tåke som drives av stjernevinden fra en pulsar.

Mens raske radioutbrudd forblir uforklarlige så langt, ble mye data presentert for det vitenskapelige samfunnet i 2019 som bringer astronomer nærmere løsningen. Det viste seg at FRB kan gjentas, og de gjør det nok veldig ofte. I dette tilfellet genereres de av ganske eksotiske objekter som nøytronstjerner (pulsarer og magnetarer), plassert i et passende interstellart medium. Enkeltutbrudd oppstår under mindre turbulente forhold: galakser der stjernedannelsen er veldig langsom. Slike fenomener oppstår mest sannsynlig på grunn av katastrofale prosesser.