Kosmiczna tajemnica szybkich rozbłysków radiowych (FRB)

Międzynarodowy zespół astronomów donosi o największym w historii zaobserwowanym zbiorze tajemniczych szybkich rozbłysków radiowych – ponad 1650 FRB wykryto przez teleskop FAST w ciągu 47 dni w 2019 r.

Sygnały FRB 121102 zarejestrowane przez teleskop FAST w Chinach

Nowy zestaw ogromnej ilości danych może wkrótce pomóc w rozwikłaniu kosmicznej tajemnicy szybkich impulsów radiowych (FRB – z ang. Fast Radio Bursts). Pojawiły się także pierwsze, „mgliste” wskazówki dotyczące natury i lokalizacji potężnych, trwających milisekundy, kosmicznych eksplozji radiowych.

W ciągu kilku tygodni wykryto ponad 1600 nowych sygnałów pochodzących z jednego z najlepiej zbadanych źródeł FRB, co zasadniczo wyklucza wiodącą hipotezę dotyczącą ich pochodzenia. W prawdziwie naukowy sposób ich nazwa mówi Ci wszystko, co musisz wiedzieć – te sygnały to milisekundowe impulsy fal radiowych, z których każdy niesie więcej energii niż Słońce emituje w ciągu roku. Niektóre z nich to jednorazowe epizody, podczas gdy inne powtarzają się losowo lub według przewidywalnego harmonogramu.

Ale dokładnie to, co je tworzy, pozostaje dla nas wciąż tajemnicą. Jako wyjaśnienia zaproponowano między innymi czarne dziury, supernowe, gwiazdy neutronowe, egzotyczne cząstki i oczywiście kosmitów, ale wiodącym kandydatem są magnetary – zwarte gwiazdy o niewiarygodnie silnych polach magnetycznych. Wyglądało na to, że niedawne odkrycie dotyczyło magnetara w naszej galaktyce, który wystrzelił podejrzanie podobne do FRB sygnały.

Jednak nowe odkrycie komplikuje ten obraz. Astronomowie użyli w Chinach 500-metrowego teleskopu sferycznego z aperturą (FASTFive-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) do dokładnego zbadania jednego z najsłynniejszych źródeł FRB. To właśnie FRB 121102 był pierwszym odkrytym powtarzającym się sygnałem, więc jest jednym z najlepiej zbadanych na przestrzeni lat. Ale nowe obserwacje pokazują, że jest znacznie bardziej aktywny niż wcześniej sądzono.

Zespół obserwował źródło przez prawie 60 godzin w ciągu 47 dni w 2019 roku, wykrywając zdumiewającą liczbę 1652 rozbłysków. To ogromny wzrost – wcześniej od czasu odkrycia w 2012 roku z tego źródła zarejestrowano łącznie tylko 347 rozbłysków. Tak drastyczne rozszerzenie zbioru danych mogłoby pomóc w rozwikłaniu tajemnicy FRB.

To był pierwszy raz, kiedy jedno źródło FRB zostało zbadane tak szczegółowo – mówi Bing Zhang, korespondent autor badania. Duży zestaw impulsów pomógł naszemu zespołowi udoskonalić, jak nigdy dotąd, charakterystyczną energię i rozkład energii FRB, co rzuca nowe światło na mechanizm napędzający te tajemnicze zjawiska.

Najaktywniejszy FRB 121102 został wykryty, wytwarzając 122 błyski w ciągu jednej godziny – najwyższa częstotliwość powtarzania dowolnego źródła FRB. Zespół twierdzi, że ta fala aktywności może pomóc w podjęciu decyzji między dwoma głównymi modelami wytwarzania powtarzających się FRB przez magnetary.

  • Pierwsza hipoteza zakłada, że ​​sygnały pochodzą z wnętrza pola magnetycznego gwiazdy.
  • Druga mówi, że są one wytwarzane przez powtarzające się „wstrząsy” w materii wokół gwiazdy.
Artystyczne wrażenie sygnału FRB 121102 docierającego do anteny radiowej FAST w Chinach
Artystyczne wrażenie sygnału FRB 121102 docierającego do anteny radiowej FAST w Chinach

Te wyniki stanowią wielkie wyzwanie dla drugiego modelu, mówi Zhang. Wybuchy są zbyt częste i – biorąc pod uwagę, że sam ten epizod stanowi 3,8% energii dostępnej z magnetara – dodaje to zbyt dużo energii do działania drugiego modelu.

Mając tak wiele danych, zespół sprawdził również, czy nie ma powtarzających się wzorców wimpulsów, w skali od jednej milisekundy do 1000 sekund. Nie znaleziono żadnego, co wydaje się sugerować, że nie jest za to odpowiedzialny żaden pojedynczy zwarty obiekt, taki jak magnetar.

To tylko pogłębia tę tajemnicę. Ale nie wyklucza to całkowicie magnetarów jako źródła FRB – mogą istnieć dwa z nich krążące bardzo blisko siebie, a sygnały powstają w wyniku ich interakcji. Nawet jeśli FRB 121102 nie pochodzi od magnetara, nie oznacza to, że te obiekty nie odpowiadają za inne FRB – w końcu różne sygnały mają tak szeroki zakres cech, że w grę może wchodzić wiele wyjaśnień.

Nowe badania zostały opublikowane w czasopiśmie Nature.

źródło: University of Nevada Las Vegas | New Atlas