Een zeldzame en snelle radio-uitbarsting geeft astronomen de kans om deze mysterieuze objecten te bestuderen

snelle radio-ontploffingen (FRB’s) behoren tot de meest raadselachtige astronomische fenomenen waarmee astronomen tegenwoordig worden geconfronteerd. Terwijl honderden bursts zijn gedetecteerd sinds de allereerste geregistreerde detectie van FRB in 2007… Lorimer ontploft – Astronomen weten nog steeds niet wat de oorzaak is. Meer mysterieus, sommige worden soms gevonden komt terug in de natuur, wat speculatie heeft aangewakkerd dat het misschien niet van natuurlijke oorsprong is (dwz de mogelijkheid om een ​​vreemdeling te sturen?). Het is normaal dat astronomen erg opgewonden zijn wanneer een zich herhalende FRB wordt gevonden, omdat dit hen de mogelijkheid geeft om ze nauwkeurig te onderzoeken.

In een recent onderzoek heeft een internationaal team van wetenschappers drie grote telescopen over de hele wereld gebruikt om de frequente FRB (algemeen bekend als FRB 190520) die voor het eerst werd waargenomen in 2019. Volgens hun waarnemingen is deze FRB niet alleen een zich herhalende bron van een compact lichaam, maar een stationaire bron die uitbarstingen van radiogolven op laag niveau uitzendt tussen grote golven. Deze bevindingen roepen nieuwe vragen op over de aard van deze mysterieuze objecten en hoe ze kunnen worden gebruikt als hulpmiddelen voor interstellaire en intergalactische ruimteverkenning.

De studie die hun bevindingen beschrijft, is getiteld “Herhaalde snelle radio-uitbarsting geassocieerd met een permanente radiobronHet stond onlangs in het tijdschrift de natuur temperen. Het onderzoek werd geleid door Catherine Hui Niu en De Lee van The Nationale astronomische observatoria (NAO) in Chinese Wetenschapsacademie (CAS) in Peking en Kaspar Aggarwal van Het centrum van zwaartekrachtsgolven en kosmologie aan de West Virginia University. Ze werden vergezeld door onderzoekers van het California Institute of Technology, en Canadees instituut voor geavanceerd onderzoekEn de Cornell Centrum voor Astrofysica en Planetaire WetenschappenVeel universiteiten en observatoria.

mysterie

FRB’s zijn kortstondige, intense uitbarstingen van radio-energie die meestal een paar milliseconden duren en waar je nooit meer iets van hoort. De eerste FRB werd in 2007 ontdekt door Duncan Lorimer, een astronoom aan de Universiteit van West Virginia (vandaar de naam “Lorimer Burst”) en een paar honderd Het is inmiddels onthuld. Hoewel de meeste FRB’s die zijn ontdekt, eenmalige gebeurtenissen zijn, zijn er enkele die terugkerend van aard zijn en zelfs zijn terug te voeren op hun bronnen.

De studie van FRB’s is enorm gevorderd dankzij de oprichting van radio-observatoria van de volgende generatie, zoals China Vijfhonderd meter lange sferische radiotelescoop (Snel en Canadian Hydrogen Density Mapping Experiment (CHIME) – die in 2016 en 2017 (respectievelijk) van start ging. Dankzij deze faciliteiten hebben astronomen de lijst verkleind Mogelijke redenen Het kan nu detecteren Honderden uitbarstingen per jaar En de Volg FRB’s in realtime.

Dankzij deze inspanningen hebben astronomen een sterk verband gevonden tussen de frequentie van FRB’s en magnetisme, een sterk gemagnetiseerde neutronenster. In combinatie met wereldwijde coördinatie-inspanningen hebben astronomen zoveel gegevens verzameld over deze transiterende objecten dat hun transiterende aard hun zoektocht niet langer belemmert.

Twee van hetzelfde type

Wetenschappers hebben FRB 190520 voor het eerst waargenomen in China’s FAST-array op 20 mei 2019, na het doorzoeken van gegevens die in november van dat jaar waren verkregen. Uit vervolgwaarnemingen met FAST direct daarna bleek dat deze bron recidiverend van aard is. In 2020, notities met Extra grote collectie van Karl G. Jansky (VLA) het object lokaliseren, terwijl zichtbaar lichtwaarnemingen met Subaru telescoop Op Hawaï werd aangetoond dat het zich daardoor in de buitenwijken van een dwergstelsel op ongeveer 3 miljard lichtjaar van de aarde bevond.

Gegevens verkregen met de VLA hebben ook vastgesteld dat het lichaam tussen bursts voortdurend zwakkere radiogolven uitzendt. Deze waarnemingen leverden de eerste informatie op over de omgeving en de afstand tot de FRB, wat een grote doorbraak betekende in de studie van deze organismen. De combinatie van herhaalde uitbarstingen en continue radio-emissies uit een gecomprimeerd gebied betekende echter dat deze ontdekking slechts de tweede in zijn soort was. Zoals uitgelegd door Caltech-astronoom (en co-auteur van de studie) Casey Law, is het enige andere object van dit type FRB 121102, dat in 2016 werd gezien.

“Deze kenmerken zorgen ervoor dat dit veel lijkt op de eerste FRB die – ook door de VLA – in 2016 werd gelokaliseerd”, zei ze. “Nu hebben we er twee zoals deze, en dat roept een aantal belangrijke vragen op.” De verschillen tussen deze twee bronnen en alle andere die tot nu toe zijn ontdekt, versterken de mogelijkheid dat er twee verschillende soorten FRB’s zijn, iets wat astronomen al lang vermoedden.

Mogelijke verklaringen

Het team suggereerde dat deze resultaten een van twee dingen kunnen aangeven. Ten eerste is er een mogelijkheid dat verschillende mechanismen de twee soorten waargenomen FRB’s produceren (enkele en terugkerende gebeurtenissen) of dat de organismen die ze produceren zich in verschillende stadia van hun ontwikkeling bevinden. Zoals opgemerkt, wordt aangenomen dat de belangrijkste kandidaten voor FRB’s neutronensterren zijn met ultrasterke magnetische velden – magnetars genaamd. Maar na onderzoek van FRB 190520 kwamen ze tot de voorlopige conclusie dat het een “pasgeboren” neutronenster zou kunnen zijn.

In wezen betekent dit dat de neutronenster nog steeds wordt omringd door dichte wolken van stof en gas, de overblijfselen van de buitenste lagen van de ster die werden verdreven toen een supernova plaatsvond. Ze beweren dat de aanwezigheid van deze stof het effect van de radiogolven van de bron op de omgeving zou verklaren. Net als pulsars beïnvloeden FRB’s het stof en gas tussen sterrenstelsels en sterrenstelsels, die astronomen kunnen bestuderen om meer over materie te weten te komen. Wanneer radiogolven bijvoorbeeld door de ruimte gaan die vrije elektronen bevat, reizen hoogfrequente golven sneller dan laagfrequente golven.

Dit effect staat bekend als “verstrooiing” en kan worden gemeten om de dichtheid van elektronen in de interstellaire of intergalactische ruimte te bepalen. In gevallen waarin de elektronendichtheid in de overlappende ruimte bekend is, kunnen FRB’s ook worden gebruikt om de afstand tussen de bron en de grond te bepalen. Toen het team afstandsmetingen probeerde uit te voeren op basis van het effect van de verstrooiing van FRB 190520 op het omringende gas en stof, gaven de resultaten een afstand aan van ongeveer 8 tot 9,5 miljard lichtjaar. Onafhankelijke metingen op basis van de Doppler-verschuiving van de bron hebben echter een schatting van ongeveer 3 miljard lichtjaar opgeleverd.

Deze interpretatie heeft meerdere implicaties voor de studie van FRB’s. Ten eerste toont het aan dat de terugkerende uitbarstingen kenmerkend kunnen zijn voor jongere neutronensterren en dat deze FRB’s met de leeftijd afnemen naarmate de omringende gas- en stofwolken verdwijnen. Ten tweede roept het vragen op over het nut van FRB’s bij het bepalen van de afstanden tussen hemellichamen en de ruimtedichtheid daartussen. Zei Aggarwal:

“Dit betekent dat er veel materiaal in de buurt van de FRB is dat elke poging om het te gebruiken om intergalactisch gas te meten zou verwarren. Als dit het geval is bij andere, kunnen we niet vertrouwen op het gebruik van FRB’s als kosmologische schalen. “

Hoewel het duidelijk is dat er veel vragen blijven bestaan ​​over de bronnen en mechanismen van snelle radio-uitbarstingen, is de vooruitgang die op dit gebied is geboekt verbazingwekkend. Slechts vijftien jaar geleden merkten astronomen er voor het eerst een op en realiseerden zich niet dat het in twee verschillende vormen bestond. Tegenwoordig worden FRB’s ontdekt en gevolgd door honderden, en astronomen komen steeds dichter bij het identificeren van de belangrijkste kenmerken van beide typen. In die zin is het veld van FRB-onderzoek precies daar met onderzoek in zwaartekrachtsgolven (GW), infraroodastronomie, exoplaneetstudies, astrobiologie en ander onderzoek dat met grote sprongen vordert!

Diepgaande lezing: NRAO