Kosmisen radiopurskeen tuntematon luonne

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Yksi salaperäisimmistä kosmisista ilmiöistä on nopeat radiopurskeet. Nämä ovat lyhyitä, useita millisekunteja kestäviä tuntemattomia radiosignaaleja, jotka ovat seurausta valtavan energiamäärän vapautumisesta. Niiden löytämisestä on kulunut yli vuosikymmen, mutta astrofyysikot yrittävät edelleen selvittää niiden esiintymisen mekanismeja. Tutkijat mainitsevat mahdollisina lähteinä neutronitähdet, mustat aukot ja jopa ulkomaalaisten sivilisaatioiden lähettäjät.

Salaperäisiä signaaleja

Nopeilla radiopurskeilla millisekunneissa vapautuu yhtä paljon energiaa kuin aurinko on lähettänyt useiden kymmenien tuhansien vuosien aikana. Johtava hypoteesi on, että ne johtuvat katastrofaalisista tapahtumista, kuten kahden neutronitähden sulautumisesta, mustan aukon haihtumisen aiheuttamasta välähdyksestä tai pulsarin muuttumisesta mustaksi aukoksi. Pitkään uskottiin, että radiopurskeet voivat tapahtua vain kerran, mutta vuonna 2015 havaittiin, että aiemmin tallennettu nopea radiopurske FRB 121102 toistuu ei-jaksollisella tavalla.

FRB 121102 sijaitsee kääpiögalaksissa kolmen miljardin valovuoden päässä Maasta ja pysyi useiden vuosien ajan ainoana tunnettuna toistuvien radiopurskeiden lähteenä huolellisista etsinnöistä huolimatta. Kuitenkin tammikuussa 2019 Nature-lehdessä ilmestyi kanadalaisen yhteistyön CHIME tutkijoiden artikkeli, jossa kerrottiin signaalien uudelleenrekisteröinnistä toisesta lähteestä - 180814. J0422 + 73. CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) interferometrinen radioteleskooppi on tallentanut kuusi nopeaa radiopursketta, jotka tulivat 1,3 miljardin valovuoden päässä sijaitsevasta galaksista.

Signaalit muistuttivat taajuusrakenteeltaan ja spektriominaisuuksiltaan FRB 121102:n signaaleja, mikä osoittaa niiden samankaltaisen muodostumismekanismin ja saman lähteen luonteen. Löytö osoittaa erityyppisten nopeiden radiopurskeiden olemassaolon, joita katastrofaaliset tapahtumat eivät voi aiheuttaa juuri niiden toistumisen vuoksi.

Hiljainen galaksi

Elokuussa 2019 kansainvälinen tutkijaryhmä tunnisti ensimmäisen kerran yhden nopean radiopurskeen FRB 180924 lähteen, joka oli peräisin neljän miljardin valovuoden päässä sijaitsevasta galaksista.

Australiassa sijaitsevan ASKAP-radiointerferometrin avulla tähtitieteilijät määrittelivät FRB-lähteen sijainnin ja laskivat sitten etäisyyden siihen analysoimalla Gemini-, Keck- ja VLT-optisten maanpäällisten teleskooppien tietoja. Kävi ilmi, että radioleimaus tapahtui Linnunradan kokoisessa massiivisessa galaksissa, 13 tuhannen valovuoden päässä sen keskustasta. Galaksin ominainen piirre on uusien tähtien syntymäprosessien puuttuminen.

Tämä on toisin kuin toistuva signaali FRB 121102, joka sijaitsee aktiivisen tähtien muodostumisen alueella. Siten yksittäisillä ja toistuvilla nopeilla radiopurskeilla on oltava eri alkuperä. FRB 121102:n tapauksessa radiosignaali näytti kulkevan voimakkaan magneettikentän läpi magnetaarin, erityisen neutronitähden tyypin, ympärillä.

Pian yhdysvaltalaisen California Institute of Technologyn tähtitieteilijät ilmoittivat löytäneensä toisen nopean radiopurskeen FRB 190523:n, joka tapahtui myös suhteellisen rauhallisessa ympäristössä - galaksissa, joka on analoginen Linnunradan kanssa ja on 7,9 miljardin valovuoden päässä. maasta.

Molemmat löydöt kiistävät sen, että nopeat radiopurskeet voivat tapahtua vain nuorissa kääpiögalakseissa, joissa on suuri määrä magnetaareja.

Kahdeksan kaksoset

Elokuussa 2019 arXiv.orgin preprint-varastoon ilmestyi kanadalaisen yhteistyöjärjestön CHIME:n artikkeli, joka raportoi kahdeksan toistuvan radiosignaalin havaitsemisesta. Kaksi radiosignaalilähdettä - FRB 180916 ja FRB 181119 - välähti yli kaksi kertaa (vastaavasti kymmenen ja kolme kertaa), loput lähettivät toistuvia radiosignaaleja vain kerran, ja pisin tauko radioaaltojen tallennuksen välillä oli 20 tuntia. Tutkijoiden mukaan tämä voi viitata siihen, että monet FRB:t ovat itse asiassa toistuvia, mutta jotkut ovat aktiivisempia kuin toiset.

Suurin osa kahdeksasta uudesta nopeasta radiopurskeesta osoitti signaalin taajuuden laskua jokaisella toistuvalla purskeella, mikä saattaa olla avain näiden ilmiöiden aiheuttavan mekanismin ymmärtämiseen. Lisäksi FRB 180916:lla on alhaisimmat signaalin hajontanopeudet, mikä osoittaa lähteen suhteellisen läheisyyden Maahan. Se voisi myös auttaa määrittämään radiopurskeen luonteen, tutkijat päättelivät.

Helvetin tähdet

Loppukesällä 2019 Intian kansallisen radioastrofysiikan keskuksen tutkijat raportoivat, että magnetaarit ovat edelleen yksi todennäköisimpiä nopeiden radiopurskeiden (ainakin toistuvien) lähteitä.

Poikkeava magnetaari XTE J1810-197 havaittiin Giant Metrewave -radioteleskoopilla. Radiosäteilyn millisekuntien pulsseja tallennettiin, jotka muistuttivat välähdyksiä toistuvasta FRB 180814. J0422 + 73:sta.

Tämä magnetaari sijaitsee 10 tuhannen valovuoden päässä Maasta. Se löydettiin vuonna 2003, ja se lopetti vähitellen lähettämästä radiolähetyksiä vuonna 2008. Vuonna 2018 siinä kuitenkin tapahtui uusi epidemia, joka myös alkoi vähitellen hiipua. Mielenkiintoista on, että magnetaarit eivät yleensä lähetä radiosäteilyä, ja XTE J1810-197 oli ensimmäinen tällaisen radiosäteilyn lähde. Tämän kohteen harvinaisuus, kuten toistuvat radiopurskeet, on saanut tutkijat uskomaan, että molemmat ilmiöt voivat liittyä toisiinsa.

Meluisa reikä

Syyskuussa 2019 kiinalaiset tähtitieteilijät ilmoittivat havainneensa uusia nopeita toistuvia radiopurskeita (FRB) FRB 121102:sta. Signaalit havaittiin 500 metrin FAST-radioteleskoopilla, jossa oli 19-säteinen vastaanotin Guizhoun maakunnassa. Elokuun lopusta syyskuuhun havaittiin yli 100 piikkiä, mikä on ennätysmäärä kaikista tallennetuista FRB:istä.

Siihen mennessä tiedemiehet alkoivat olettaa, että FRB 121102 on supermassiivinen musta aukko, joka ylittää Auringon massan 10-100 miljoonaa kertaa ja tuottaa voimakkaan magneettikentän. soihdutusten lähde. Toinen mahdollinen selitys on, että FRB 121102 on magnetoitu plerioni, pulsarin tähtituuli ruokkii sumu.

Vaikka nopeat radiopurskeet ovat toistaiseksi selittämättömiä, tiedeyhteisölle esitettiin vuonna 2019 paljon tietoa, joka tuo tähtitieteilijät lähemmäs ratkaisua. Kävi ilmi, että FRB:t voidaan toistaa, ja he tekevät sen todennäköisesti hyvin usein. Tässä tapauksessa niitä synnyttävät melko eksoottiset kohteet, kuten neutronitähdet (pulsarit ja magnetaarit), jotka sijaitsevat sopivassa tähtienvälisessä väliaineessa. Yksittäisiä purkauksia tapahtuu vähemmän turbulenteissa olosuhteissa: galakseissa, joissa tähtien muodostuminen on hyvin hidasta. Tällaiset ilmiöt tapahtuvat todennäköisesti todella katastrofaalisten prosessien vuoksi.