Neznana narava kozmičnih radijskih izbruhov

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Eden najbolj skrivnostnih kozmičnih pojavov so hitri radijski izbruhi. To so kratki, nekaj milisekundni radijski signali neznane narave, ki so posledica sproščanja ogromne količine energije. Od njihovega odkritja je minilo več kot desetletje, a astrofiziki še vedno poskušajo ugotoviti mehanizme njihovega nastanka. Raziskovalci kot možne vire navajajo nevtronske zvezde, črne luknje in celo oddajnike tujih civilizacij.

Skrivnostni signali

S hitrimi radijskimi izbruhi se v milisekundah sprosti toliko energije, kot jo je Sonce oddalo v nekaj deset tisoč letih. Vodilna hipoteza je, da jih povzročajo katastrofalni dogodki, kot je združitev dveh nevtronskih zvezd, blisk zaradi izhlapevanja črne luknje ali preoblikovanje pulzarja v črno luknjo. Dolgo časa je veljalo, da se radijski izbruhi lahko pojavijo le enkrat, vendar je bilo leta 2015 odkrito, da se prej posneti hitri radijski izbruh FRB 121102 ponavlja na neperiodični način.

FRB 121102 se nahaja v pritlikavi galaksiji, ki je tri milijarde svetlobnih let od Zemlje, in je kljub skrbnemu iskanju nekaj let ostal edini znani vir ponavljajočih se radijskih izbruhov. Vendar se je januarja 2019 v reviji Nature pojavil članek znanstvenikov iz kanadskega sodelovanja CHIME, v katerem so poročali o ponovni registraciji signalov iz drugega vira - 180814. J0422 + 73. Interferometrični radijski teleskop CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) je zabeležil šest hitrih radijskih izbruhov, ki so prišli iz galaksije, oddaljene 1,3 milijarde svetlobnih let.

Signali so po svoji frekvenčni strukturi in spektralnih značilnostih podobni signalom iz FRB 121102, kar kaže na podoben mehanizem njihovega nastanka in enako naravo vira. Odkritje kaže na obstoj ločene vrste hitrih radijskih izbruhov, ki jih katastrofalni dogodki ne morejo povzročiti ravno zaradi njihovega ponavljanja.

Tiha galaksija

Avgusta 2019 je mednarodna skupina znanstvenikov prvič identificirala vir enega hitrega radijskega izbruha FRB 180924, ki izvira iz galaksije, oddaljene štiri milijarde svetlobnih let.

Z uporabo radijskega interferometra ASKAP, ki se nahaja v Avstraliji, so astronomi določili lokacijo vira FRB in nato izračunali razdaljo do njega z analizo podatkov iz optičnih zemeljskih teleskopov Gemini, Keck in VLT. Izkazalo se je, da se je radijski izbruh zgodil v masivni galaksiji velikosti Rimske ceste, 13 tisoč svetlobnih let od njenega središča. Značilna lastnost galaksije je odsotnost procesov za rojstvo novih zvezd.

To je v nasprotju s ponavljajočim se signalom FRB 121102, ki se nahaja v območju aktivnega nastajanja zvezd. Tako morajo imeti posamezni in ponavljajoči se hitri radijski izbruhi različen izvor. V primeru FRB 121102 se je zdelo, da radijski signal prehaja skozi močno magnetno polje okoli magnetarja, posebne vrste nevtronske zvezde.

Kmalu so astronomi Kalifornijskega inštituta za tehnologijo v Združenih državah poročali o odkritju še enega hitrega radijskega izbruha FRB 190523, ki se je prav tako zgodil v razmeroma mirnem okolju - v galaksiji, ki je analogna Rimski cesti in je oddaljena 7,9 milijarde svetlobnih let. z Zemlje.

Obe odkritji izpodbijata, da se hitri radijski izbruhi lahko pojavijo le v mladih pritlikavih galaksijah, ki vsebujejo veliko število magnetarjev.

Osem dvojčkov

Avgusta 2019 se je v repozitoriju prednatisov arXiv.org pojavil članek kanadskega sodelovanja CHIME, ki je poročal o zaznavanju osmih ponavljajočih se radijskih signalov. Dva vira radijskih signalov - FRB 180916 in FRB 181119 - sta utripala več kot dvakrat (desetkrat oziroma trikrat), ostali so pošiljali ponavljajoče se radijske signale le enkrat, pri čemer je najdaljši premor med snemanjem radijskih valov 20 ur. Po mnenju raziskovalcev lahko to pomeni, da se številni FRB-ji dejansko ponavljajo, vendar so nekateri bolj aktivni kot drugi.

Večina od osmih novih hitrih radijskih izbruhov je pokazala zmanjšanje frekvence signala z vsakim ponavljajočim se izbruhom, kar je lahko ključno za razumevanje mehanizma, ki povzroča te pojave. Poleg tega ima FRB 180916 najnižje stopnje disperzije signala, kar kaže na relativno bližino vira Zemlji. Pomagalo bi tudi pri določanju narave radijskega izbruha, so zaključili raziskovalci.

Peklenske zvezde

Pozno poleti 2019 so znanstveniki iz Nacionalnega centra za radioastrofiziko v Indiji poročali, da so magnetarji še vedno eden najverjetnejših virov hitrih radijskih izbruhov (vsaj ponavljajočih se).

Anomalni magnetar XTE J1810-197 smo opazili z velikim radijskim teleskopom Metrewave. Posneti so bili milisekundni impulzi radijskega oddajanja, ki so podobni utripom ponavljajočih se FRB 180814. J0422 + 73.

Ta magnetar se nahaja 10 tisoč svetlobnih let od Zemlje. Odkrili so ga leta 2003, leta 2008 pa je postopoma prenehal oddajati radijske oddaje. Leta 2018 pa se je na njej zgodil nov izbruh, ki je tudi postopoma začel bledeti. Zanimivo je, da magnetarji običajno ne oddajajo radijskega oddajanja, XTE J1810-197 pa je bil prvi tovrstni vir radijskega oddajanja. Redkost tega predmeta, kot so ponavljajoči se radijski izbruhi, je pripeljala znanstvenike do tega, da verjamejo, da sta lahko oba pojava povezana drug z drugim.

Hrupna luknja

Septembra 2019 so kitajski astronomi poročali, da so zaznali nove hitre ponavljajoče se radijske izbruhe (FRB) iz FRB 121102. Signale so zaznali s 500-metrskim radijskim teleskopom FAST z 19-žarkovnim sprejemnikom v provinci Guizhou. Od konca avgusta do septembra je bilo zabeleženih več kot 100 skokov, kar je rekordno število med vsemi zabeleženimi FRB.

Do takrat so znanstveniki začeli domnevati, da je FRB 121102 supermasivna črna luknja, ki presega maso Sonca za 10-100 milijonov krat in ustvarja močno magnetno polje, nevtronska zvezda ali plazma, na katero vpliva luknja, pa bi lahko bila neposredna vir izbruhov. Druga možna razlaga je, da je FRB 121102 magnetiziran plerion, meglica, ki jo napaja zvezdni veter iz pulzarja.

Medtem ko hitri radijski izbruhi zaenkrat ostajajo nepojasnjeni, je bilo znanstveni skupnosti leta 2019 predstavljenih veliko podatkov, ki astronome približajo rešitvi. Izkazalo se je, da se FRB lahko ponavljajo in to verjetno počnejo zelo pogosto. V tem primeru jih ustvarjajo precej eksotični objekti, kot so nevtronske zvezde (pulsarji in magnetarji), ki se nahajajo v ustreznem medzvezdnem mediju. Posamezni izbruhi se pojavijo v manj turbulentnih razmerah: galaksije, kjer je nastajanje zvezd zelo počasno. Takšni pojavi se najverjetneje res pojavijo zaradi katastrofalnih procesov.