Ukendt karakter af kosmiske radioudbrud

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Et af de mest mystiske kosmiske fænomener er hurtige radioudbrud. Disse er korte, flere millisekunders varighed af radiosignaler af ukendt karakter, som er et resultat af frigivelsen af en enorm mængde energi. Mere end et årti er gået siden deres opdagelse, men astrofysikere forsøger stadig at finde ud af mekanismerne bag deres forekomst. Forskerne nævner neutronstjerner, sorte huller og endda sendere fra fremmede civilisationer som mulige kilder.

Mystiske signaler

Med hurtige radioudbrud, i millisekunder, frigives lige så meget energi, som Solen har udsendt over flere titusinder af år. Den ledende hypotese er, at de er forårsaget af katastrofale begivenheder, såsom sammensmeltningen af to neutronstjerner, et glimt fra fordampningen af et sort hul eller transformationen af en pulsar til et sort hul. I lang tid troede man, at radioudbrud kun kan forekomme én gang, men i 2015 blev det opdaget, at det tidligere optagede hurtige radioudbrud FRB 121102 gentages på en ikke-periodisk måde.

FRB 121102 er placeret i en dværggalakse tre milliarder lysår fra Jorden, og forblev i flere år den eneste kendte kilde til tilbagevendende radioudbrud på trods af omhyggelige søgninger. Men i januar 2019 udkom en artikel af forskere fra det canadiske samarbejde CHIME i tidsskriftet Nature, hvori det blev rapporteret om genregistrering af signaler fra en anden kilde - 180814. J0422 + 73. Det interferometriske radioteleskop CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) har optaget seks hurtige radioudbrud, der kom fra en galakse 1,3 milliarder lysår væk.

Signalerne i deres frekvensstruktur og spektrale karakteristika lignede signalerne fra FRB 121102, hvilket indikerer en lignende mekanisme for deres dannelse og samme karakter af kilden. Opdagelsen indikerer eksistensen af en separat type hurtige radioudbrud, som ikke kan forårsages af katastrofale begivenheder netop på grund af deres gentagelse.

Stille galakse

I august 2019 identificerede et internationalt hold af videnskabsmænd første gang kilden til et enkelt hurtigt radioudbrud FRB 180924, som opstod i en galakse fire milliarder lysår væk.

Ved hjælp af ASKAP-radiointerferometeret placeret i Australien bestemte astronomer placeringen af FRB-kilden og beregnede derefter afstanden til den ved at analysere data fra Gemini, Keck og VLT optiske jordbaserede teleskoper. Det viste sig, at radioblusset fandt sted i en massiv galakse på størrelse med Mælkevejen, 13 tusind lysår fra dens centrum. Et karakteristisk træk ved galaksen er fraværet af processer til fødslen af nye stjerner.

Dette er i modsætning til det gentagne signal FRB 121102, som er placeret i området for aktiv stjernedannelse. Enkelte og gentagne hurtige radioudbrud skal således have forskellig oprindelse. I tilfældet med FRB 121102 så radiosignalet ud til at passere gennem et kraftigt magnetfelt omkring en magnetar, en speciel type neutronstjerne.

Snart rapporterede astronomer ved California Institute of Technology i USA om opdagelsen af et andet hurtigt radioudbrud FRB 190523, som også fandt sted i et relativt roligt miljø - i en galakse, der er analog med Mælkevejen og er 7,9 milliarder lysår væk. fra Jorden.

Begge disse opdagelser modbeviser, at hurtige radioudbrud kun kan forekomme i unge dværggalakser, der indeholder et stort antal magnetarer.

Otte tvillinger

I august 2019 dukkede en artikel af det canadiske samarbejde CHIME op i arXiv.org preprint repository, som rapporterede påvisningen af otte gentagne radiosignaler. To kilder til radiosignaler - FRB 180916 og FRB 181119 - blinkede mere end to gange (henholdsvis ti og tre gange), resten sendte gentagne radiosignaler kun én gang, med den længste pause mellem optagelse af radiobølger på 20 timer. Ifølge forskerne kan det tyde på, at mange FRB'er faktisk er gentagne, men nogle er mere aktive end andre.

De fleste af de otte nye hurtige radioudbrud viste et fald i signalfrekvensen med hver gentaget burst, hvilket kan være nøglen til at forstå den mekanisme, der frembringer disse fænomener. Derudover har FRB 180916 de laveste signalspredningshastigheder, hvilket indikerer kildens relative nærhed til Jorden. Det kunne også hjælpe med at bestemme arten af radioudbruddet, konkluderede forskerne.

Helvede stjerner

I sensommeren 2019 rapporterede forskere ved National Center for Radioastrophysics i Indien, at magnetarer stadig er en af de mest sandsynlige kilder til hurtige radioudbrud (i det mindste gentagne).

Den unormale magnetar XTE J1810-197 blev observeret med Giant Metrewave Radio Telescope. Millisekundepulser af radioemission blev optaget, der lignede blink fra gentagelse af FRB 180814. J0422 + 73.

Denne magnetar er placeret 10 tusind lysår fra Jorden. Det blev opdaget i 2003 og stoppede gradvist med at udsende radioemissioner i 2008. Men i 2018 opstod der et nyt udbrud på den, som også gradvist begyndte at falme. Interessant nok udsender magnetarer normalt ikke radioemission, og XTE J1810-197 var den første kilde til radioemission af denne art. Sjældenheden af dette objekt, ligesom de gentagne radioudbrud, har fået videnskabsmænd til at tro, at begge fænomener kan være relateret til hinanden.

Støjende hul

I september 2019 rapporterede kinesiske astronomer, at de havde opdaget nye hurtige gentagne radiobursts (FRB'er) fra FRB 121102. Signalerne blev detekteret med et 500 meter FAST radioteleskop med en 19-stråle modtager i Guizhou-provinsen. Fra slutningen af august til september blev der registreret mere end 100 pigge, hvilket er et rekordantal blandt alle registrerede FRB'er.

På det tidspunkt begyndte forskerne at antage, at FRB 121102 er et supermassivt sort hul, der overstiger Solens masse 10-100 millioner gange og genererer et kraftigt magnetfelt, og en neutronstjerne eller plasma påvirket af hullet kunne være den direkte kilde til blus. En anden mulig forklaring er, at FRB 121102 er en magnetiseret plerion, en tåge, der drives af stjernevinden fra en pulsar.

Mens hurtige radioudbrud forbliver uforklarlige indtil videre, blev en masse data præsenteret for det videnskabelige samfund i 2019, som bringer astronomer tættere på løsningen. Det viste sig, at FRB'er kan gentages, og det gør de nok meget ofte. I dette tilfælde er de genereret af ret eksotiske objekter som neutronstjerner (pulsarer og magnetarer), der er placeret i et passende interstellart medium. Enkelte udbrud forekommer under mindre turbulente forhold: galakser, hvor stjernedannelsen er meget langsom. Sådanne fænomener opstår højst sandsynligt virkelig på grund af katastrofale processer.