Astronomen hebben 25 snelle radioflitsen gedetecteerd die zich regelmatig herhalen

Net als zwaartekrachtgolven (GW’s) en gammastraaluitbarstingen (GRB’s), zijn snelle radiouitbarstingen (FRB’s) tegenwoordig een van de krachtigste en meest mysterieuze astronomische fenomenen. Deze vluchtige gebeurtenissen bestaan ​​uit uitbarstingen die in een milliseconde meer energie produceren dan de zon in drie dagen. Hoewel de meeste bursts slechts milliseconden duren, zijn er zeldzame gevallen geweest waarin herhaalde FRB’s zijn gevonden. Hoewel astronomen onzeker blijven over hun oorzaken en de meningen verschillen, hebben toegewijde observatoria en internationale samenwerkingsverbanden het aantal voor studie beschikbare gebeurtenissen enorm vergroot.

Het toonaangevende observatorium is Canadees experiment voor het in kaart brengen van waterstofintensiteit (CHIME), een radiotelescoop van de volgende generatie op Dominion Radio Astrofysisch Observatorium (DRAO) in Brits-Columbia, Canada. Met zijn grote gezichtsveld en brede frequentiedekking is deze telescoop een onmisbaar hulpmiddel voor het detecteren van FRB’s (meer dan 1000 bronnen tot nu toe!) met behulp van een nieuw type algoritme, CHIME / FRB-samenwerking vond bewijs van 25 nieuwe terugkerende FRB’s in CHIME-gegevens die werden ontdekt tussen 2019 en 2021.

de CHIME / FRB-samenwerking Het omvat astronomen en astrofysici uit Canada, de Verenigde Staten, Australië, Taiwan en India. Haar partnerinstellingen omvatten DRAO en Dunlap Instituut voor Astronomie en Astrofysica (DI), en Moheet Instituut voor Theoretische Fysicade Canadees Instituut voor Theoretische Astrofysica (CITA), en Anton Pannekoek Instituut voor Sterrenkundede Nationaal Radio Astronomie Observatorium (NRAO), en Instituut voor Sterrenkunde en Astrofysicade Nationaal centrum voor radioastrofysica (NCRA), en Tata Instituut voor Fundamenteel Onderzoek (TIFR) en vele universiteiten en instituten.

Ondanks hun mysterieuze aard zijn FRB’s alomtegenwoordig en de beste schattingen zijn dat gebeurtenissen de aarde ongeveer duizend keer per dag over de hele hemel treffen. Geen van de tot nu toe voorgestelde theorieën of modellen kan alle eigenschappen van stromen of bronnen volledig verklaren. Terwijl sommige worden verondersteld te worden veroorzaakt door neutronensterren en zwarte gaten (toe te schrijven aan de hoge energiedichtheid in hun omgeving), blijven andere de classificatie tarten. Hierdoor blijven andere theorieën bestaan, variërend van pulsars en magnetars tot GRB’s en buitenaardse communicatie.

CHIME is oorspronkelijk ontworpen om de geschiedenis van de uitdijing van het heelal te meten door neutrale waterstof te detecteren. Ongeveer 370.000 jaar na de oerknal drong dit gas door het universum, en de enige fotonen waren overgebleven straling van de oerknal – Kosmische microgolfachtergrond (CMB) – of die vrijkomen door neutrale waterstofatomen. Om deze reden verwijzen astronomen en kosmologen naar deze periode als de ‘donkere middeleeuwen’, die ongeveer een miljard jaar na de oerknal eindigde toen de eerste sterren en sterrenstelsels neutraal waterstof begonnen te re-ioniseren (het tijdperk van re-ionisatie).

Specifiek is CHIME ontworpen om de golflengte van licht te detecteren dat neutrale waterstof absorbeert en uitzendt, ook wel bekend als Waterstofleiding 21 cm. Op deze manier kunnen astronomen meten hoe snel het universum uitdijde tijdens de “donkere middeleeuwen” en vergelijkingen maken met daaropvolgende waarneembare kosmische tijdperken. CHIME heeft echter bewezen bij uitstek geschikt te zijn voor de studie van FRB’s, dankzij het brede gezichtsveld en het frequentiebereik dat het dekt (400 tot 800 MHz). Dit is het doel van de CHIME/FRB-samenwerking, namelijk het ontdekken en karakteriseren van FRB’s en ze terug te voeren naar hun bronnen.

Zoals postdoctoraal Dunlap en hoofdauteur Ziggy Pleunis aan Universe Today vertelde, wordt elke FRB beschreven door zijn locatie aan de hemel en een hoeveelheid die bekend staat als een dispersiemaat (DM). Dit verwijst naar de tijdsvertraging van hoge naar lage frequenties die wordt veroorzaakt door de interacties van de burst met materialen terwijl ze door de ruimte reizen. In een paper die in augustus 2021 werd uitgebracht, diende de CHIME/FRB-samenwerking een dossier in De eerste grote voorbeeldcatalogus van FRB’s Het bevat 536 gebeurtenissen gedetecteerd door CHIME tussen 2018 en 2019, waaronder 62 bursts van 18 eerder gerapporteerde terugkerende bronnen.

In deze laatste studie vertrouwden Pleunis en collega’s op een nieuw clusteralgoritme dat zoekt naar meerdere gebeurtenissen op dezelfde plaats in de lucht met vergelijkbare DM’s. “We kunnen de luchtpositie van de FRB meten en de verstrooiing meten met een bepaalde precisie die afhangt van het ontwerp van de gebruikte telescoop”, zei Pleunis. “Het clusteralgoritme houdt rekening met alle snelle radio-uitbarstingen die door CHIME zijn gedetecteerd en zoekt naar groepen FRB’s met consistente posities aan de hemel en schalen van verstrooiing binnen meetonzekerheden. Vervolgens voeren we verschillende controles uit om ervoor te zorgen dat de bursts in de cluster dat doen komen inderdaad uit dezelfde bron. “.

Van de meer dan 1.000 FRB’s die tot nu toe zijn ontdekt, zijn er slechts 29 geïdentificeerd als terugkerend van aard. Bovendien bleken bijna alle recidiverende FRB’s zich op onregelmatige manieren te herhalen. De enige uitzondering is FRB 180915, die werd ontdekt door onderzoekers van CHIME in 2018 (en gerapporteerd in 2020) en elke 16,35 dagen pulseert. Met behulp van dit nieuwe algoritme ontdekte de CHIME/FRB-samenwerking 25 nieuwe redundante bronnen, bijna een verdubbeling van het aantal dat beschikbaar was voor het onderzoek. Daarnaast merkte het team enkele zeer interessante kenmerken op die inzicht zouden kunnen geven in de oorzaken en kenmerken ervan. Zoals Pleunis toevoegde:

“Als we alle snelle radio-uitbarstingen en de herhaalde bronnen zorgvuldig tellen, zien we dat slechts ongeveer 2,6% van alle snelle radio-uitbarstingen die we detecteren, wordt herhaald. Voor veel van de nieuwe bronnen detecteren we zeer weinig uitbarstingen, waardoor de bronnen volledig inactief Bijna net zo inactief als Bronnen die we maar één keer hebben gezien.

We kunnen dus niet uitsluiten dat bronnen waarvan we tot nu toe slechts één explosie hebben gezien, uiteindelijk ook herhaalde uitbarstingen zullen vertonen. Het is mogelijk dat alle FRB-bronnen zich uiteindelijk zullen repliceren, maar veel van de bronnen zijn niet erg actief. Elke interpretatie van snelle radio-uitbarstingen zou moeten kunnen verklaren waarom sommige bronnen hyperactief zijn, terwijl andere meestal stil zijn.”

Deze resultaten kunnen helpen bij toekomstige onderzoeken, die zullen profiteren van de volgende generatie radiotelescopen die de komende jaren operationeel zullen worden. Deze omvatten Square Kilometre Array-observatorium (SKAO), die naar verwachting in 2027 zijn eerste licht zal opvangen. Deze telescoop met 128 schotels, die zich in Australië bevindt, zal worden geïntegreerd met Meerkat groep In Zuid-Afrika om ‘s werelds grootste radiotelescoop te creëren. In de tussentijd kan de exponentiële snelheid waarmee nieuwe FRB’s worden ontdekt (inclusief frequente gebeurtenissen) betekenen dat radioastronomen dicht bij een doorbraak kunnen komen!

Verder lezen: arXiv