Tag: radioastronomia

Astronomowie znaleźli 25 szybkich rozbłysków radiowych, które regularnie się powtarzają

Radosław B. AMBROŻY

Podobnie jak fale grawitacyjne (GW) i rozbłyski gamma (GRB), szybkie rozbłyski radiowe (FRB) są jednymi z najpotężniejszych i najbardziej tajemniczych współczesnych zjawisk astronomicznych. Te przejściowe zdarzenia składają się z wybuchów, które emitują więcej energii w ciągu milisekundy niż Słońce w ciągu trzech dni. Podczas gdy większość rozbłysków trwa zaledwie milisekundy, zdarzały się rzadkie przypadki powtarzania FRB. Podczas gdy astronomowie wciąż nie są pewni, co je powoduje, a opinie są różne, wyspecjalizowane obserwatoria i współpraca międzynarodowa dramatycznie zwiększyły liczbę wydarzeń dostępnych do badań.

Wiodącym obserwatorium jest Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), radioteleskop nowej generacji zlokalizowany w Dominion Radio Astrophysical Observatory (DRAO) w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie. Dzięki dużemu polu widzenia i szerokiemu zakresowi częstotliwości teleskop ten jest niezbędnym narzędziem do wykrywania FRB (do tej pory ponad 1000 źródeł!). Korzystając z nowego rodzaju algorytmu, zespół CHIME/FRB Collaboration znalazł dowody na istnienie 25 nowych powtarzających się FRB w Dane CHIME wykryte w latach 2019-2021.

Współpraca CHIME/FRB obejmuje astronomów i astrofizyków z Kanady, USA, Australii, Tawain i Indii. Jego instytucje partnerskie obejmują DRAO, Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics (DI), Perimeter Institute for Theoretical Physics , Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA), Anton Pannekoek Institute for Astronomy , National Radio Astronomy Observatory (NRAO) , Instytut Astronomii i Astrofizyki , Narodowe Centrum Radioastrofizyki (NCRA) oraz Instytut Badań Podstawowych Tata(TIFR) oraz wiele uniwersytetów i instytutów.

Pomimo swojej tajemniczej natury, FRB są wszechobecne, a najlepsze szacunki wskazują, że zdarzenia docierają do Ziemi z grubsza tysiąc razy dziennie na całym niebie. Żadna z dotychczas zaproponowanych teorii ani modeli nie jest w stanie w pełni wyjaśnić wszystkich właściwości wybuchów lub ich źródeł. Podczas gdy uważa się, że niektóre są spowodowane przez gwiazdy neutronowe i czarne dziury (przypisane dużej gęstości energii ich otoczenia), inne nadal wymykają się klasyfikacji. Z tego powodu utrzymują się inne teorie, od pulsarów i magnetarów po GRB i komunikację pozaziemską.

CHIME został pierwotnie zaprojektowany do mierzenia historii ekspansji Wszechświata poprzez wykrywanie neutralnego wodoru. Około 370 000 lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat był przesiąknięty tym gazem, a jedynymi fotonami były albo promieniowanie reliktowe z Wielkiego Wybuchu – kosmiczne mikrofalowe tło (CMB) – albo to uwolnione przez neutralne atomy wodoru. Z tego powodu astronomowie i kosmolodzy nazywają ten okres „wiekami ciemnymi”, które zakończyły się mniej więcej miliard lat po Wielkim Wybuchu, kiedy pierwsze gwiazdy i galaktyki zaczęły rejonizować neutralny wodór (era rejonizacji).

W szczególności CHIME został zaprojektowany do wykrywania długości fali światła, które pochłania i emituje neutralny wodór, znanej jako 21-centymetrowa linia wodorowa . W ten sposób astronomowie mogli zmierzyć, jak szybko Wszechświat rozszerzał się podczas „ciemnych wieków” i dokonać porównań z późniejszymi epokami kosmologicznymi, które są obserwowalne. Jednak od tego czasu CHIME udowodnił, że idealnie nadaje się do badania FRB, dzięki szerokiemu polu widzenia i zakresowi częstotliwości, które obejmuje (400 do 800 MHz). Taki jest cel współpracy CHIME/FRB, która polega na wykrywaniu i charakteryzowaniu FRB oraz śledzeniu ich wstecz do ich źródeł.

W tym najnowszym badaniu Pleunis i jego współpracownicy polegali na nowym algorytmie grupowania, który wyszukuje wiele zdarzeń zlokalizowanych na niebie razem z podobnymi DM.

Możemy zmierzyć pozycję nieba i rozproszenie szybkiego rozbłysku radiowego z pewną precyzją, która zależy od konstrukcji używanego teleskopu. Algorytm grupowania uwzględnia wszystkie szybkie rozbłyski radiowe wykryte przez teleskop CHIME i szuka skupisk FRB, które mają spójne pozycje na niebie i miary dyspersji w zakresie niepewności pomiaru. Następnie przeprowadzamy różne kontrole, aby upewnić się, że wybuchy w klastrze rzeczywiście pochodzą z tego samego źródła.powiedział Pleunis.

Spośród ponad 1000 wykrytych do tej pory FRB tylko 29 zidentyfikowano jako powtarzające się w naturze. Co więcej, praktycznie wszystkie powtarzające się FRB okazały się powtarzać w nieregularny sposób. Jedynym wyjątkiem jest FRB 180915, odkryty przez naukowców z CHIME w 2018 r. (i zgłoszony w 2020 r.) i pulsujący co 16,35 dnia. Z pomocą tego nowego algorytmu zespół współpracujący z CHIME/FRB wykrył 25 nowych powtarzających się źródeł, niemal podwajając liczbę dostępnych do badań. Ponadto zespół zauważył kilka bardzo interesujących cech, które mogą zapewnić wgląd w ich przyczyny i cechy charakterystyczne.

Jak dodał Pleunis:

Kiedy dokładnie policzymy wszystkie nasze szybkie błyski radiowe i źródła, które się powtarzają, okazuje się, że tylko około 2,6% wszystkich szybkich błysków radiowych, które odkrywamy, powtarza się. W przypadku wielu nowych źródeł wykryliśmy tylko kilka rozbłysków, co sprawia, że ​​źródła te są dość nieaktywne. Prawie tak nieaktywne jak źródła, które widzieliśmy tylko raz.

Nie możemy zatem wykluczyć, że źródła, dla których do tej pory widzieliśmy tylko jeden rozbłysk, w końcu również pokażą powtarzające się rozbłyski. Możliwe, że wszystkie szybkie źródła impulsów radiowych w końcu się powtórzą, ale wiele źródeł nie jest bardzo aktywnych. Każde wyjaśnienie szybkich rozbłysków radiowych powinno być w stanie wyjaśnić, dlaczego niektóre źródła są nadpobudliwe, podczas gdy inne są w większości ciche.

Odkrycia te mogą pomóc w przyszłych przeglądach, które skorzystają z radioteleskopów nowej generacji, które zaczną działać w nadchodzących latach. Należy do nich Square Kilometre Array Observatory (SKAO), które ma zebrać pierwsze światło do 2027 r. Zlokalizowany w Australii, ten 128-dyskowy teleskop zostanie połączony z układem MeerKAT w RPA, aby stworzyć największy na świecie radioteleskop. W międzyczasie ogromne tempo wykrywania nowych FRB (w tym powtarzających się zdarzeń) może oznaczać, że radioastronomowie mogą być bliscy przełomu!