It's Official: The Fast Radio Burst Coming From Within Our Galaxy Is Repeating - Είναι επίσημο: Η γρήγορη εκπομπή ραδιοσήματος που προέρχεται από το Γαλαξία μας επαναλαμβάνεται
The first object within the Milky Way galaxy caught emitting fast radio bursts is now officially a repeater.
In a new peer-reviewed paper, SGR 1935+2154 has been described spitting out two more powerful radio signals consistent with those seen from extragalactic sources.
The new signals, however, are not all the same strength. This suggests that there could be more than one process inside magnetars that are capable of producing these enigmatic bursts - and that SGR 1935+2154 could be a dream come true, an excellent laboratory for understanding them.
Fast radio bursts have been a puzzle since their discovery in 2007. They're extremely powerful bursts of energy only in radio frequencies, lasting just milliseconds long at most. And there were several major difficulties in figuring out what they were.
Until April of this year, fast radio bursts (FRBs) had only been detected coming from outside the Milky Way, millions of light-years away - way too far to do more than, at most, track them down to a general region in another galaxy. For most of them, though, we haven't even been able to do that.
And while a few have been detected repeating, most FRB sources have only been detected flaring once, and without warning, which makes them incredibly difficult (but not impossible) to trace.
However, although a handful of FRBs had been traced to an origin galaxy, astronomers were no closer to confirming a definite source of the signals. Until SGR 1935+2154.
On 28 April 2020, a dead, highly magnetised star within our own galaxy, just 30,000 light-years away, was recorded emitting an incredibly powerful, millisecond duration burst of radio waves.
Once the signal was corrected for distance, astronomers found it was not quite as powerful as extragalactic FRBs, but everything else about it fit the profile. The event was officially confirmed as an FRB earlier this month, and given a name - FRB 200428.
Since then, astronomers have been keeping a careful eye on FRB 200428. And, sure enough, on 24 May 2020, the Westerbork Synthesis Radio Telescope in the Netherlands caught two millisecond-long radio bursts from the magnetar, 1.4 seconds apart.
A much fainter FRB signal was also detected by the Five-Hundred-Meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) in China on 3 May.
And already these three new signals are telling us a lot, as described in a paper led by astrophysicist Franz Kirsten of Chalmers University of Technology in Sweden.
The initial April bursts from FRB 200428 were extremely bright - a combined fluence of 700 kilojansky milliseconds. The three follow-up signals were much fainter.
FAST's was the faintest, at 60 millijansky milliseconds. The two signals from Westerbork were 110 jansky milliseconds and 24 jansky milliseconds respectively.
That's quite a range of signal strength, and it's unclear why.
"Assuming that a single emission mechanism is responsible for all reported radio bursts from SGR 1935+2154, it has to be of such a type that the burst rate is close to independent of the amount of energy emitted across more than seven orders of magnitude," the researchers wrote in their paper.
"Alternatively, different parts of the emission cone might cross our line of sight if the beaming direction changes notably over time."
Magnetars are funny beasts. They're a type of neutron star - the tiny collapsed core of a dead star, about 1.1 to 2.5 times the mass of the Sun, but packed into a sphere just 20 kilometres (12 miles) across.
Magnetars add to this an insanely powerful magnetic field - around 1,000 times more powerful than a normal neutron star's, and a quadrillion times more powerful than Earth's.
We don't really know how they form (recent evidence suggests that colliding neutron stars could be one way), but we know they go through periods of intense disruption and activity.
As gravity pushes inward to try to keep the star together, the magnetic field pulls outward, distorting the magnetar's shape. The two competing forces are thought to produce instabilities, magnetar quakes and magnetar flares, usually seen in high-energy X-rays and gamma radiation.
SGR 1935+2154 is known to go through periods of X-ray activity; that's fairly normal for a magnetar. But the first FRB - that 28 April one - was also accompanied by an X-ray flare, something that had never been seen before in an FRB. The three new signals, however, showed no signs of X-ray counterparts.
And, when the team worked in the opposite direction, studying X-ray data from the magnetar to try to link it to radio counterparts, they found nothing there, either.
"Therefore it seems that the majority of X-ray/gamma-ray bursts are not associated with pulsed radio emission," the researchers wrote.
"The parameters and fluences that we measure for the X-ray bursts are consistent with typical values observed for SGR 1935+2154, fitting with the idea that radio bursts are instead associated with atypical, harder-X-ray bursts.
And some questions remain. Some fast radio burst sources exhibit periodicity - a pattern - in their signals.
We haven't seen that with SGR 1935+2154. It's possible that we don't have enough data. It's possible those periodic FRBs are in binary systems. And it's eminently possible that magnetars are only one source of FRBs, and others remain to be discovered.
But the magnetar isn't done yet.
On 8 October 2020, it was recorded spitting out three more radio bursts, in a three-second period. That data is still under analysis, but it marks the beginning of a good collection of signals that could help us look for patterns, or clues as to the magnetar behaviour that spits them out (another recent paper suggests that magnetar quakes are responsible).
"So SGR 1935+2154 is not a flawless analogue of the extragalactic FRB population. Nonetheless, magnetars can plausibly explain the diverse phenomena observed from FRBs," the researchers wrote in their paper.
"Perhaps the distant, periodically active FRB sources are brighter and more active because they are substantially younger than SGR 1935+2154 and because their magnetospheres are perturbed by the ionised wind of a nearby companion. Similarly, perhaps non-repeating FRBs are older, non-interacting and thus less active. Detailed characterisation of FRB local environments is critical to investigating these possibilities."
The research has been published in Nature Astronomy.
------sciencealert.com----------------------------------------------------------------------------
Το πρώτο αντικείμενο στον γαλαξία του Γαλαξία που πιάστηκε να εκπέμπει γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις σημάτων είναι πλέον επίσημα ένας επαναλήπτης.
Σε ένα νέο έγγραφο που έχει αξιολογηθεί από ομοτίμους, το SGR 1935 + 2154 έχει περιγραφεί ότι εκτοξεύει δύο πιο ισχυρά ραδιοσήματα σύμφωνα με αυτά που παρατηρούνται από εξωγαλακτικές πηγές.
Τα νέα σήματα, ωστόσο, δεν είναι όλα ισοδύναμα. Αυτό υποδηλώνει ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν περισσότερες από μία διεργασίες μέσα σε μαγνήτες που μπορούν να παράγουν αυτές τις αινιγματικές εκρήξεις - και ότι το SGR 1935 + 2154 θα μπορούσε να είναι ένα όνειρο που έγινε πραγματικότητα, ένα εξαιρετικό εργαστήριο για την κατανόησή τους.
Οι γρήγορες ''ραδιοφωνικές εκρήξεις'' υπήρξαν παζλ από την ανακάλυψή τους το 2007. Είναι εξαιρετικά ισχυρές εκρήξεις ενέργειας μόνο σε ραδιοσυχνότητες, με διάρκεια μόνο χιλιοστά του δευτερολέπτου το πολύ. Και υπήρξαν πολλές σημαντικές δυσκολίες στο να καταλάβουμε τι ήταν.
Μέχρι τον Απρίλιο του τρέχοντος έτους, είχαν εντοπιστεί γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις (FRB) μόνο έξω από τον Γαλαξία μας, εκατομμύρια έτη φωτός - πολύ μακριά για να κάνουμε περισσότερα από ό, τι περισσότερο, να τα εντοπίσουμε σε μια γενική περιοχή σε άλλη γαλαξίας. Ωστόσο, για τους περισσότερους από αυτούς, δεν μπορέσαμε καν να το κάνουμε αυτό.
Και ενώ μερικοί έχουν εντοπιστεί ότι επαναλαμβάνουν, οι περισσότερες πηγές FRB εντοπίστηκαν μόνο μία φορά και χωρίς προειδοποίηση, γεγονός που τους καθιστά εξαιρετικά δύσκολο (αλλά όχι αδύνατο) να εντοπιστεί.
Ωστόσο, παρόλο που μια χούφτα FRB εντοπίστηκε σε έναν γαλαξία προέλευσης, οι αστρονόμοι δεν ήταν πιο κοντά στην επιβεβαίωση μιας συγκεκριμένης πηγής των σημάτων. Έως SGR 1935 + 2154.
Στις 28 Απριλίου 2020, ένα νεκρό, πολύ μαγνητισμένο αστέρι μέσα στον δικό μας γαλαξία, μόλις 30.000 έτη φωτός μακριά, καταγράφηκε εκπέμποντας μια εξαιρετικά ισχυρή έκρηξη ραδιοκυμάτων διάρκειας χιλιοστών του δευτερολέπτου.
Μόλις το σήμα διορθώθηκε για απόσταση, οι αστρονόμοι βρήκαν ότι δεν ήταν τόσο ισχυρό όσο τα εξωγαλακτικά FRB, αλλά όλα τα άλλα σχετικά με αυτό ταιριάζουν στο προφίλ. Η εκδήλωση επιβεβαιώθηκε επίσημα ως FRB νωρίτερα αυτό το μήνα, και έλαβε ένα όνομα - FRB 200428.
Έκτοτε, οι αστρονόμοι παρακολουθούν προσεκτικά το FRB 200428. Και, βέβαια, στις 24 Μαΐου 2020, το Τηλεσκόπιο του Westerbork Synthesis Radio στις Κάτω Χώρες έπιασε δύο χιλιοστά δευτερολέπτων ραδιοφωνικές εκρήξεις από το magnetar, σε απόσταση 1,4 δευτερολέπτων.
Ένα πολύ πιο αχνό σήμα FRB ανιχνεύτηκε επίσης από το σφαιρικό ραδιο τηλεσκόπιο διαφράγματος πέντε εκατοστών (FAST) στην Κίνα στις 3 Μαΐου.
Και ήδη αυτά τα τρία νέα σήματα μας λένε πολλά, όπως περιγράφεται σε ένα έγγραφο με επικεφαλής τον αστροφυσικό Franz Kirsten του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Chalmers στη Σουηδία.
Οι αρχικές εκρήξεις του Απριλίου από το FRB 200428 ήταν εξαιρετικά φωτεινές - μια συνδυασμένη ροή 700 χιλιοστών του δευτερολέπτου. Τα τρία σήματα παρακολούθησης ήταν πολύ πιο αχνά.
Το FAST's ήταν το πιο αχνό, στα 60 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Τα δύο σήματα από το Westerbork ήταν 110 χιλιοστά του δευτερολέπτου και 24 χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Αυτό είναι αρκετά ένα εύρος ισχύος σήματος και δεν είναι σαφές γιατί.
«Υποθέτοντας ότι ένας μηχανισμός εκπομπών είναι υπεύθυνος για όλες τις αναφερόμενες ραδιοφωνικές εκρήξεις από SGR 1935 + 2154, πρέπει να είναι τέτοιου τύπου ώστε ο ρυθμός ριπής να πλησιάζει ανεξάρτητα από την ποσότητα ενέργειας που εκπέμπεται σε περισσότερες από επτά τάξεις μεγέθους, "οι ερευνητές έγραψαν στην εφημερίδα τους.
"Εναλλακτικά, διαφορετικά μέρη του κώνου εκπομπών ενδέχεται να διασχίσουν την οπτική γωνία μας, εάν η κατεύθυνση της ακτινοβολίας αλλάξει κυρίως με την πάροδο του χρόνου."
Οι μαγνήτες είναι αστεία θηρία. Είναι ένας τύπος αστεριού νετρονίων - ο μικροσκοπικός πυρήνας ενός νεκρού αστεριού, περίπου 1,1 έως 2,5 φορές τη μάζα του Ήλιου, αλλά συσκευάζεται σε μια σφαίρα μόλις 20 χιλιομέτρων (12 μίλια).
Οι μαγνήτες προσθέτουν σε αυτό ένα εξαιρετικά ισχυρό μαγνητικό πεδίο - περίπου 1.000 φορές πιο ισχυρό από ένα κανονικό αστέρι νετρονίων και ένα τετραπλάσιο φορές πιο ισχυρό από αυτό της Γης.
Δεν γνωρίζουμε πραγματικά πώς σχηματίζονται (πρόσφατα στοιχεία δείχνουν ότι τα αστέρια νετρονίων που συγκρούονται θα μπορούσαν να είναι μονόδρομα), αλλά γνωρίζουμε ότι περνούν από περιόδους έντονης διακοπής και δραστηριότητας.
Καθώς η βαρύτητα σπρώχνει προς τα μέσα για να προσπαθήσει να κρατήσει το αστέρι μαζί, το μαγνητικό πεδίο τραβά προς τα έξω, παραμορφώνοντας το σχήμα του μαγνήτη. Οι δύο ανταγωνιστικές δυνάμεις πιστεύεται ότι προκαλούν αστάθεια, μαγνητικούς σεισμούς και μαγνητικές φωτοβολίδες, που συνήθως εμφανίζονται σε ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας και ακτινοβολία γάμμα.
Το SGR 1935 + 2154 είναι γνωστό ότι περνάει περιόδους δραστηριότητας ακτίνων Χ. αυτό είναι αρκετά φυσιολογικό για ένα μαγνητάρι. Αλλά το πρώτο FRB - εκείνο της 28ης Απριλίου - συνοδεύτηκε επίσης από μια αναλαμπή ακτίνων Χ, κάτι που δεν είχε ξαναδεί ποτέ σε ένα FRB. Τα τρία νέα σήματα, ωστόσο, δεν έδειξαν σημάδια αντίστοιχων ακτίνων Χ.
Και, όταν η ομάδα εργάστηκε προς την αντίθετη κατεύθυνση, μελετώντας δεδομένα ακτίνων Χ από το magnetar για να προσπαθήσει να τα συνδέσει με ομολόγους του ραδιοφώνου, δεν βρήκαν τίποτα εκεί.
"Επομένως φαίνεται ότι η πλειονότητα των εκρήξεων ακτίνων Χ / ακτίνων γάμμα δεν σχετίζονται με παλμικές εκπομπές ραδιοφώνου", έγραψαν οι ερευνητές.
"Οι παράμετροι και οι ροές που μετράμε για τις εκρήξεις ακτίνων Χ είναι σύμφωνες με τις τυπικές τιμές που παρατηρούνται για το SGR 1935 + 2154, ταιριάζοντας με την ιδέα ότι οι ραδιοφωνικές εκρήξεις συνδέονται αντ 'αυτού με άτυπες, σκληρότερες ακτίνες X.
Και παραμένουν μερικές ερωτήσεις. Ορισμένες πηγές γρήγορης έκρηξης ραδιοφώνου δείχνουν περιοδικότητα - μοτίβο - στα σήματά τους.
Δεν το έχουμε δει με SGR 1935 + 2154. Είναι πιθανό να μην έχουμε αρκετά δεδομένα. Είναι πιθανό αυτά τα περιοδικά FRB να βρίσκονται σε δυαδικά συστήματα. Και είναι εξαιρετικά πιθανό τα μαγνητάρια να είναι μόνο μία πηγή FRB και άλλα να μην ανακαλυφθούν.
Στις 8 Οκτωβρίου 2020, ηχογραφήθηκε με τρεις επιπλέον ραδιοφωνικές εκρήξεις, σε περίοδο τριών δευτερολέπτων. Αυτά τα δεδομένα είναι ακόμη υπό ανάλυση, αλλά σηματοδοτεί την αρχή μιας καλής συλλογής σημάτων που θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να αναζητήσουμε μοτίβα ή ενδείξεις σχετικά με τη μαγνητική συμπεριφορά που τους φεύγει (ένα άλλο πρόσφατο έγγραφο δείχνει ότι οι μαγνητικοί σεισμοί είναι υπεύθυνοι).
"Έτσι, το SGR 1935 + 2154 δεν είναι ένα άψογο ανάλογο του εξωγαλακτικού πληθυσμού FRB. Ωστόσο, τα μαγνητάρια μπορούν εύλογα να εξηγήσουν τα διαφορετικά φαινόμενα που παρατηρούνται από τα FRBs", έγραψαν οι ερευνητές στην εφημερίδα τους.
"Ίσως οι απομακρυσμένες, περιοδικά ενεργές πηγές FRB να είναι φωτεινότερες και πιο ενεργές επειδή είναι ουσιαστικά νεότερες από SGR 1935 + 2154 και επειδή οι μαγνητόσφαιρες τους διαταράσσονται από τον ιονισμένο άνεμο ενός κοντινού συντρόφου. Ομοίως, ίσως οι μη επαναλαμβανόμενες FRBs είναι παλαιότερες, μη - αλληλεπίδραση και συνεπώς λιγότερο ενεργός. Ο λεπτομερής χαρακτηρισμός των τοπικών περιθωρίων FRB είναι κρίσιμος για τη διερεύνηση αυτών των δυνατοτήτων. "