Astronomen detecteren radio ‘hartslagen’ miljarden lichtjaren verwijderd van de aarde

Astronomen van het MIT en elders hebben een vreemd, aanhoudend radiosignaal gedetecteerd van een ver sterrenstelsel dat met verrassende regelmaat lijkt te flitsen.

Het teken wordt beoordeeld als A Radio-ontploffingof FRB – een extreem krachtige explosie van radio- Golven van onbekende astrofysische oorsprong, die meestal hooguit enkele milliseconden duren. Dit nieuwe signaal duurt echter tot drie seconden, ongeveer 1.000 keer langer dan de gemiddelde FRB. Binnen dit venster detecteerde het team uitbarstingen van radiogolven die zich elke 0,2 seconden herhalen met een duidelijk periodiek patroon, vergelijkbaar met dat van een kloppend hart.

De onderzoekers noemden het signaal FRB 20191221A, en het is momenteel de langstlopende FRB, met het duidelijkste periodieke patroon dat tot nu toe is gedetecteerd.

De bron van het signaal bevindt zich in een ver sterrenstelsel, enkele miljarden lichtjaren van de aarde verwijderd. Wat deze bron precies zou kunnen zijn, blijft een mysterie, hoewel astronomen vermoeden dat het signaal van beide afkomstig kan zijn. Radio Pulsar of magnetar, beide typen neutronensterren – extreem dichte, snel roterende, ingestorte kernen van gigantische sterren.

“Er zijn niet veel dingen in het universum die strikt periodieke signalen uitzenden”, zegt Danielle Micheli, een postdoctoraal onderzoeker aan het Kavli Institute for Astrophysics and Space Research van MIT. “Een voorbeeld dat we kennen in onze melkweg zijn radio- en magnetische pulsars, die in een baan om de aarde draaien en een vuurtorenachtige emissie produceren. We denken dat dit nieuwe signaal een magnetar of een pulsar op doping kan zijn.”

Het team hoopt meer periodieke signalen uit deze bron te ontdekken, die vervolgens kunnen worden gebruikt als een astrofysische klok. De frequentie van de uitbarstingen en hoe ze veranderen als de bron zich van de aarde verwijdert, kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de uitdijingssnelheid van het universum te meten.

Deze ontdekking werd vandaag gerapporteerd in het tijdschrift de natuur temperenen is geschreven door leden van de CHIME/FRB-samenwerking, waaronder MIT-co-auteurs Calvin Leung, Juan Mina-Barra, Caitlin Shen en Kiyoshi Masui aan het MIT, samen met Micheli, die de ontdekking eerst als onderzoeker leidde. University, daarna als postdoc aan het Massachusetts Institute of Technology.

“Boem Boem boem”

Sinds de eerste FRB-ontdekking in 2007 zijn honderden soortgelijke radioflitsen in het heelal gedetecteerd, meest recentelijk door het Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, of CHIME, een interferometrische radiotelescoop bestaande uit vier grote parabolische reflectoren in de Dominion. Radio Astrofysica Observatorium in British Columbia, Canada.

CHIME houdt constant de lucht in de gaten terwijl de aarde draait, en is ontworpen om radiogolven op te vangen die door waterstof worden uitgezonden in de zeer vroege stadia van het universum. De telescoop is ook gevoelig voor: snelle radio-ontploffingenEn sinds het in 2018 de lucht begon te observeren, heeft CHIME honderden FRB’s gezien die uit verschillende delen van de lucht kwamen.

De overgrote meerderheid van de tot nu toe waargenomen FRB’s zijn eenmalige – ultraheldere uitbarstingen van radiogolven die een paar milliseconden duren voordat ze flitsen. Onlangs ontdekten onderzoekers Eerste FRB Patrouille die een regelmatig patroon van radiogolven lijkt uit te zenden. Dit signaal bestaat uit een vierdaags venster van willekeurige bursts die vervolgens elke 16 dagen worden herhaald. Deze 16-daagse cyclus duidde op een cyclisch activiteitspatroon, hoewel het werkelijke RF-signaal willekeurig was in plaats van cyclisch.

Op 21 december 2019 pikte CHIME een signaal op van een mogelijke FRB, dat onmiddellijk de aandacht trok van Michilli, die de binnenkomende gegevens bekeek.

“Het was ongebruikelijk”, herinnert hij zich. “Het was niet erg lang en duurde ongeveer drie seconden, maar er waren periodieke pieken die opmerkelijk nauwkeurig waren, waarbij elke milliseconde – boem, boem, boem – als een hartslag werd uitgezonden. Dit is de eerste keer dat het signaal zelf periodiek is geweest .” “

Fantastische uitbarstingen

Bij het analyseren van het radioburst-patroon van FRB 20191221A vonden Mitchell en collega’s overeenkomsten met emissies van radio- en magnetische pulsars in onze melkweg. Radiopulsars zijn neutronensterren die bundels uitzenden Radio golvenlijkt te pulseren als de ster draait, terwijl een vergelijkbare emissie wordt geproduceerd door magneten als gevolg van intense magnetische velden.

Het belangrijkste verschil tussen het nieuwe signaal en de radio-emissies van pulsars en magnetosferen in de melkweg is dat FRB 20191221A een miljoen keer helderder lijkt te zijn. De heldere flitsen kunnen afkomstig zijn van een verre radiopulsar of magnetar die gewoonlijk minder helder is als hij draait en om een ​​onbekende reden een reeks heldere explosies ontketende, in een zeldzaam venster van drie seconden dat CHIME gelukkig kon vastleggen, zegt Micheli.

“CHIME heeft nu veel FRB’s met verschillende eigenschappen ontdekt”, zegt Micheli. “We hebben sommigen zien leven in zeer turbulente wolken, terwijl anderen in schone omgevingen lijken te zijn. Uit de kenmerken van dit nieuwe signaal kunnen we zeggen dat er rond deze bron een plasmawolk is die zeer turbulent moet zijn.”

De astronomen hopen extra uitbarstingen van periodieke FRB 20191221A vast te leggen, wat zou kunnen helpen hun begrip van de bron en neutronensterren Over het algemeen.

“Deze ontdekking roept de vraag op waarom zo’n extreem signaal dat we nog niet eerder hebben gezien, en hoe we dit signaal kunnen gebruiken om het universum te bestuderen”, zegt Micheli. “Toekomstige telescopen beloven duizenden FRB’s per maand te detecteren, waarna we mogelijk meer van deze periodieke signalen kunnen vinden.”