211service.com
Właśnie znaleźliśmy źródło jednego z najbardziej tajemniczych zjawisk w astronomii
Szybkie impulsy radiowe to super potężne, superkrótkie sygnały przemykające w przestrzeni, bez znanego pochodzenia. Jednym z nowych wyjaśnień są magnetary. 4 listopada 2020 r.
Pięćsetmetrowy teleskop z aperturą sferyczną (FAST) w prowincji Guizhou w Chinach. Bojun Wang, Jinchen Jiang, Qisheng Cui
Szybkie rozbłyski radiowe to jedna z najdziwniejszych zagadek nauki o kosmosie. Impulsy te trwają krócej niż pięć milisekund, ale uwalniają więcej energii niż słońce w ciągu dni lub tygodni. Odkąd po raz pierwszy zarejestrowano je w 2001 r. (i napisano o nich w 2007 r.), naukowcy odkryli dziesiątki FRB. Większość to sygnały jednorazowe, ale kilka powtórzeń, w tym taki, który bije w normalnym tempie .
Ale nikt nigdy nie był w stanie wyjaśnić, co dokładnie produkuje FRB. Do tej pory tylko pięć było zlokalizowanych w określonych regionach kosmosu i wszystkie pochodziły spoza naszej galaktyki. Kiedy sygnał dochodzi z tak daleka, bardzo trudno jest znaleźć obiekt odpowiedzialny za jego wytworzenie. Większość teorii koncentruje się na zderzeniach kosmicznych lub gwiazdach neutronowych. A także, cóż, kosmici .
Uwaga, spoiler: to nie kosmici. Dwa nowe badania opublikowane dzisiaj w Nature mocno sugerują, że magnetary – silnie namagnesowane gwiazdy neutronowe – są jednym ze źródeł FRB. Badania wskazują również, że te wybuchy są prawdopodobnie znacznie częstsze niż sobie wyobrażaliśmy.
Nie sądzę, abyśmy mogli wnioskować, że wszystkie szybkie rozbłyski radiowe pochodzą od magnetarów, ale z pewnością modele sugerujące magnetary jako źródło szybkich rozbłysków radiowych są bardzo prawdopodobne, mówi Daniele Michilli, astrofizyk z McGill University i współautor publikacji pierwsze studium natury .
Nowe odkrycia skupiają się na FRB wykrytym 28 kwietnia przez dwa teleskopy: CHIME (kanadyjski eksperyment mapowania intensywności wodoru z siedzibą w Kolumbii Brytyjskiej) i STARE2 (szereg trzech małych anten radiowych zlokalizowanych w Kalifornii i Utah). Sygnał, nazwany FRB 200428, w ciągu jednej milisekundy uwolnił w falach radiowych więcej energii niż słońce w ciągu 30 sekund.
Znalezienie FRB jest równoznaczne z kursem CHIME — znalazł dziesiątki, a w przyszłości teleskop może być w stanie wykryć wybuch każdego dnia . Ale chociaż STARE2 został specjalnie zaprojektowany do poszukiwania FRB w galaktyce, przy niższych czułościach niż większość innych instrumentów, niewielu spodziewało się, że się powiedzie. Kiedy zaczął działać w zeszłym roku, zespół przewidział 10% szans na znalezienie sygnału w Drodze Mlecznej.
Potem… to się stało. Kiedy pierwszy raz spojrzałem na dane, zamarłem, mówi Christopher Bochenek, absolwent astronomii w Caltech, który kieruje projektem STARE2 i jest głównym autorem drugie studium przyrodnicze . Zajęło mi kilka minut, aby się pozbierać i zadzwonić do przyjaciela, aby usiąść i upewnić się, że to naprawdę jest prawdziwe. Między STARE2 a CHIME rozbłysk ten był obserwowany przez pięć radioteleskopów w Ameryce Północnej.
Obserwacje te właśnie zbiegły się z niewiarygodnie jasnym błyskiem emanującym z silnie namagnesowanej gwiazdy neutronowej – magnetara – o nazwie SGR J1935+2154, która znajdowała się 30 000 lat świetlnych od Ziemi, w pobliżu centrum Drogi Mlecznej.
Ten magnetar, który jest około 40 do 50 razy masywniejszy od Słońca, wytwarza intensywne fale promieniowania elektromagnetycznego, w tym promieni rentgenowskich i gamma. Jego pola magnetyczne są tak silne, że zgniatają pobliskie atomy w kształty przypominające ołówek.
Magnetary zawsze były podejrzanym źródłem FRB, ale astrofizykom trudno było to potwierdzić, ponieważ wszystkie inne sygnały pochodziły spoza Drogi Mlecznej.
Naukowcy porównali fale radiowe FRB 200428 z obserwacjami rentgenowskimi wykonanymi przez sześć teleskopów kosmicznych, a także inne obserwatoria naziemne. Te emisje rentgenowskie wskazywały na SGR J1935+2154, który błysnął 3000 razy jaśniej niż jakikolwiek inny magnetar w historii.
Zespoły CHIME i STARE2 wywnioskowały, że ten konkretny magnetar był odpowiedzialny za energetyczne zdarzenie, które wytworzyło nie tylko jasne emisje promieniowania rentgenowskiego, ale także FRB 200428. Po raz pierwszy taki rozbłysk został odkryty wewnątrz Drogi Mlecznej, a ten FRB emituje więcej energii niż jakiekolwiek inne źródło fal radiowych wykryte w galaktyce.
FRB 200428 jest tylko 30. tak mocny, jak najsłabszy pozagalaktyczny FRB w historii i jest jedną tysięczną mocą przeciętnego sygnału. Tak więc fakt, że STARE2 zarejestrował go po około roku działania, jest mocnym wskaźnikiem, że sygnały te odbijają się wokół galaktyki częściej, niż przypuszczali naukowcy.
Kontrapunktem dla tych nowych odkryć jest FAST, Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, znajdujący się w południowo-zachodnich Chinach. FAST to największy na świecie radioteleskop jednotalerzowy. Nie może badać dużych połaci nieba, ale może spoglądać wąsko, szukając słabych sygnałów w bardzo odległych miejscach.
FAST badał SGR J1935+2154 w sumie przez osiem godzin w czterech sesjach obserwacyjnych od 16 do 29 kwietnia, zgodnie z trzecie studium natury . I nie znalazł żadnych fal radiowych, które pokrywałyby się z jakimikolwiek znanymi rozbłyskami promieniowania rentgenowskiego lub gamma, które miały miejsce w tym czasie.
Ten raport niekoniecznie odrzuca wyjaśnienie magnetara, zwłaszcza że FAST nie obserwował w momencie wykrycia FRB 200428. Sugeruje to jednak, że magnetar emitujący FRB, jeśli zostanie potwierdzony, jest bardzo rzadkim zdarzeniem i wytwarza sygnały radiowe, których jeszcze w pełni nie scharakteryzowaliśmy.
Sandro Mereghetti, astronom z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Mediolanie, pomógł poprowadzić detekcje promieniowania rentgenowskiego SGR J1935+2154 wykonane przez teleskop INTEGRAL (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) Europejskiej Agencji Kosmicznej. Choć uważa, że odkrycie zdecydowanie faworyzuje klasę modeli FRB opartych na magnetarach, zwraca uwagę, że konkretne procesy fizyczne prowadzące do obserwowanych wybuchów promieniowania radiowego i twardego promieniowania rentgenowskiego nie są jeszcze rozstrzygnięte. Innymi słowy, nie wiemy, co dokładnie dzieje się w magnetarze, który wytwarzałby FRB wraz z powiązanymi promieniami X lub gamma.
Nie powiedziałbym, że tajemnica FRB została rozwiązana, mówi Mereghetti. Ale z pewnością jest to duży krok naprzód, który otwiera również perspektywy dla innych podobnych wykryć.