Ένα «παράξενο σήμα» έρχεται από τον Γαλαξία μας. Τι το προκαλεί;

 space.com - 7spymania.blogspot.com

What's causing the fast radio burst? (Image credit: Getty Images )

Στις 28 Απριλίου 2020, δύο επίγεια ραδιοτηλεσκόπια εντόπισαν έναν έντονο παλμό ραδιοκυμάτων. Διήρκεσε μόνο ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, αλλά, για τους έκπληκτους αστρονόμους, ήταν μια μεγάλη ανακάλυψη, που αντιπροσωπεύει την πρώτη φορά που μια γρήγορη ραδιοκυματική έκρηξη (FRB) είχε εντοπιστεί ποτέ τόσο κοντά στη Γη.

Βρίσκεται μόλις 30.000 έτη φωτός από τον πλανήτη μας, η εκδήλωση ήταν σταθερά εντός του Γαλαξία μας, και ήταν σχεδόν αδύνατο να χάσετε. Το καναδικό πείραμα χαρτογράφησης έντασης υδρογόνου (CHIME) και η έρευνα για τις παροδικές αστρονομικές εκπομπές ραδιοφώνου 2 (STARE2) σίγουρα δεν αντιμετώπισαν προβλήματα. "Το CHIME δεν έβλεπε καν τη σωστή κατεύθυνση και το είδαμε ακόμα δυνατά και καθαρά στο περιφερειακό μας όραμα", δήλωσε ο Kiyoshi Masui, επίκουρος καθηγητής φυσικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης. "Το STARE2 το είδε επίσης, και είναι μόνο ένα σετ από μερικές κεραίες ραδιοφώνου κυριολεκτικά κατασκευασμένες από τηγάνια κέικ."

Μέχρι εκείνο το σημείο, όλα τα FRB είχαν παρατηρηθεί έξω από τον γαλαξία μας. "Έχουν δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, καθιστώντας τους πολύ πιο δύσκολο να μελετήσουν", δήλωσε ο υποψήφιος διδακτορικός στη φυσική Pragya Chawla από το Πανεπιστήμιο McGill του Καναδά. Η ανακάλυψη του Απριλίου 2020 ήταν επίσης αξιοσημείωτη για το ότι ήταν η πιο ενεργητική ραδιοκυματική έκρηξη που έχουν καταγράψει ποτέ οι αστρονόμοι στον Γαλαξία, αλλά αυτό που το έκανε πιο συναρπαστικό είναι ότι οι επιστήμονες είναι τώρα πιο κοντά στον προσδιορισμό της προέλευσης των FRB από οποιοδήποτε σημείο από τότε που ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά .

Αυτό συνέβη το 2007, όταν ο Duncan Lorimer και ο David Narkevic μελετούσαν δεδομένα που ελήφθησαν από το ραδιοκυματικό πιάτο Parkes στην Αυστραλία. Η ανακάλυψη ενός FRB τόσο κοντά στο σπίτι ήταν η πρωτοπορία που οι αστρονόμοι επιθυμούσαν από τότε. "Μπορούμε να μάθουμε περισσότερα από μια πηγή που απέχει 30.000 έτη φωτός από αυτήν που απέχει μια δισεκατομμύριο ή περισσότερες έτη φωτός", επιβεβαιώνει ο Masui. "Έχουμε τελικά μια κοντινή πηγή για μελέτη."

Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα με την ανίχνευση FRB, εκτός από τα περισσότερα που ήταν τόσο μακριά, είναι ότι είναι τόσο φευγαλέα. Έφτασαν και έφτασαν στο ριπή του ματιού παρά το γεγονός ότι είναι 100 εκατομμύρια φορές πιο ισχυροί από τον ήλιο - μπορούν να απελευθερώσουν τόση ενέργεια σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου όσο ο ήλιος σε 100 χρόνια. Στην ιδανική περίπτωση, οι αστρονόμοι θα ανακαλύπτουν ένα αντικείμενο και θα εστιάζουν ένα ή περισσότερα διαφορετικά τηλεσκόπια σε αυτό, αλλά η εφήμερη φύση αυτών των εκρήξεων αφαιρεί οποιαδήποτε τέτοια ευκαιρία.

An artist’s impression of the SGR 1935+2154 magnetar during an outburst, highlighting its complex magnetic field structure and beamed emissions. (Image credit: © McGill University Graphic Design Team)

Ωστόσο, παρά τις προκλήσεις αυτές, οι αστρονόμοι κατάφεραν να δημιουργήσουν μια τράπεζα γνώσεων σχετικά με τα FRB, τα περισσότερα από τα οποία βασίστηκαν σε δεκάδες καταγεγραμμένα γεγονότα από πέρα ​​από τον δικό μας γαλαξία. Για τους αρχάριους, γνωρίζουμε ότι είναι φωτεινές λάμψεις ραδιοκυμάτων που διαρκούν από μικροδευτερόλεπτα έως χιλιοστά του δευτερολέπτου. "Οι αναζητήσεις σε όλους τους ουρανούς δείχνουν επίσης ότι χιλιάδες από αυτές τις εκρήξεις συμβαίνουν καθημερινά στον ουρανό", πρόσθεσε ο Chawla.

Γνωρίζουμε επίσης ότι οι περισσότεροι προέρχονται από δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Όμως, ενώ έχουν προταθεί δεκάδες μοντέλα για να εξηγήσουν την προέλευση των FRB - με προγόνους που κυμαίνονται από αστέρια νετρονίων έως λευκούς νάνους έως κοσμικές χορδές - έχουν επικρατήσει πραγματικά θεωρίες; "Λοιπόν, γνωρίζουμε ότι προέρχονται από πολύ μικρές πηγές - όχι περισσότερο από μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα σε μέγεθος", δήλωσε ο Masui. "Και οι πιο πιθανές πηγές είναι τα αστέρια νετρονίων, καθώς είναι και τα δύο πολύ μικρά και πολύ ενεργητικά."

Το FRB που ανακαλύφθηκε στον Γαλαξία μας βοηθά τους αστρονόμους να ενισχύσουν τέτοιες θεωρίες και έχει γίνει μια σημαντική ανακάλυψη για τους επιστήμονες που προσπαθούν να φτάσουν στο κάτω μέρος του τι τους προκαλεί.

Χάρη σε μια ωραία κοσμική εργασία ντετέκτιβ που περιλαμβάνει δεδομένα άλλων τηλεσκοπίων που παρακολουθούν το ίδιο κομμάτι του ουρανού, παρατηρητικά στοιχεία υποδηλώνουν τώρα ότι η προέλευση των FRBs είναι πολύ πιθανό ένα μαγνητάρι, ένας τύπος νεαρού αστέρα νετρονίων που γεννήθηκε από τις χοβόλεις των σουπερνόβα με μαγνητικό πεδίο 5.000 τρισεκατομμύρια φορές πιο ισχυρό από τη Γη, καθιστώντας τους έτσι τους πιο ισχυρούς μαγνήτες του σύμπαντος.most powerful magnets.

Πώς συντάχθηκε όμως αυτό το συμπέρασμα; Για να εξηγήσουμε, πρέπει να εξετάσουμε το έργο που έχει μελετήσει τη μελέτη FRB σε σχέση με τα μαγνητάρια, τα οποία είναι γνωστό ότι εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, ιδίως ακτίνες γάμμα και ακτίνες Χ. Και τα δύο αυτά εκρήχθηκαν σε βραχύβιες εκλάμψεις, και υπήρχαν εικασίες ότι τα ραδιοκύματα θα μπορούσαν να εκπέμπονται σε μια τέτοια διαδικασία που θα επισημαίνει τα μαγνητάρια ως την πηγή για FRB.

Όταν αυτό το τελευταίο FRB ανακαλύφθηκε στον γαλαξία μας - γνωστό από τους αστρονόμους ως FRB 200428 - βρέθηκε ότι προήλθε από τον αστερισμό του Vulpecula, το οποίο τυχαίνει να βρίσκεται εκεί που βρίσκεται ο γαλαξιακός μαγνήτης SGR 1935 + 2154. Συνοδεύτηκε επίσης από μια έκρηξη ακτίνων Χ που ενθουσίασε τους αστρονόμους.

Η πρώτη ανίχνευση ακτίνων Χ από αυτήν την περιοχή του ουρανού ήρθε την ημέρα προτού το CHIME και το STARE2 ανακάλυψαν το FRB 200428. Το Neil Gehrels Swift Observatory και το Fermi Gamma-ray Space Telescope εντόπισαν πολλές εκρήξεις ακτίνων X και ακτίνων γάμμα που προέρχονται από SGR 1935+ 2154, που ήταν γνωστό ότι εμφανίζει παροδικούς ραδιο παλμούς.

Neil Gehrels Swift Observatory and the Fermi Gamma-ray Space Telescope

Άλλα τηλεσκόπια βρέθηκαν επίσης να έχουν παρατηρήσει μια έκρηξη ακτίνων Χ από SGR 1935 + 2154 - κρίσιμα, ταυτόχρονα με την γρήγορη έκρηξη ραδιοσήματος. Αυτά περιελάμβαναν τον ανιχνευτή Konus-Wind στο διαστημικό σκάφος GGS-Wind της NASA και το διαστημικό τηλεσκόπιο INTEGRAL της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, και οι δύο παίρνουν μια έκρηξη ακτίνων Χ τη στιγμή που το CHIME και το STARE2 κατέγραψαν το FRB.

An artist’s impression of a fast radio burst with its different radio wavelengths — red being long and blue short — as they reach Earth.  (Image credit: © Jingchuan Yu, Beijing Planetarium)

Πώς χρησιμοποιείται το CHIME για την ανακάλυψη γρήγορων ραδιοσημάτικων εκρήξεων?

Βρίσκεται στο Okanagan Falls, το καναδικό πείραμα χαρτογράφησης έντασης υδρογόνου πήρε το FRB 200428.

s Το CHIME έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα απαραίτητο εργαλείο. Με έδρα το Dominion Radio Astrophysical Observatory στον Καναδά, είναι ένα νέο ραδιοτηλεσκόπιο χωρίς κινούμενα μέρη και έχει υψηλή ταχύτητα χαρτογράφησης χάρη στο οπτικό πεδίο των 200 τετραγωνικών μοιρών και στην ευρεία περιοχή συχνοτήτων μεταξύ 400MHz και 800MHz."Τα περισσότερα ραδιοτηλεσκόπια δεν είναι σε θέση να εντοπίσουν την τοποθεσία ενός FRB αρκετά καλά για να το συσχετίσουν με ένα γνωστό αντικείμενο. Εκείνοι που είναι σε θέση να εντοπίσουν FRBs με μεγάλη ακρίβεια συνήθως βλέπουν μικρά κομμάτια του ουρανού και μπορούν να παρατηρήσουν μόνο ένα μπάλωμα το μέγεθος της πανσελήνου. Δεν είναι σε θέση να παρακολουθούν ταυτόχρονα πολλούς γνωστούς μαγνήτες ", δήλωσε ο Chawla."Το CHIME, ωστόσο, παρατηρεί μια περιοχή περίπου 500 φορές μεγαλύτερη και επομένως μπορεί να παρακολουθεί όλους τους μαγνήτες που βρίσκονται στον βόρειο ουρανό κάθε μέρα, επιτρέποντάς μας να εντοπίσουμε μια έκρηξη τόσο σπάνια όσο αυτή. Συνδυάζει τις δυνατότητες εντοπισμού της με τη μεγάλη περιοχή του ουρανού , και αυτό μας επέτρεψε να εντοπίσουμε τόσο αυτή την έκρηξη όσο και να την συσχετίσουμε με ένα γνωστό αντικείμενο. "

Ήταν επαναστατικό και γρήγορα έγινε ο κύριος παρατηρητής των FRB, με έναν συσχετιστή υπερυπολογιστή που επεξεργάζεται 13 terabits ακατέργαστων δεδομένων ανά δευτερόλεπτο για να παράγει έναν ραδιοσηματικό χάρτη του ουρανού. "Η ικανότητά μας να εντοπίζουμε μακρινά FRBs έχει βελτιωθεί δραματικά τα τελευταία χρόνια", δήλωσε ο Masui. "Μεταξύ του 2007 και του 2017 ανιχνεύθηκαν περίπου 50 FRB. Τα τελευταία δύο χρόνια, το CHIME έχει δει αρκετές εκατοντάδες. Αυτό είναι δυνατό λόγω του ψηφιακού σχεδιασμού του CHIME, όπου το φως εστιάζεται χρησιμοποιώντας την επεξεργασία ψηφιακού σήματος, καθιστώντας το ικανό να δει μεγάλες στροφές του ουρανού ταυτόχρονα. "

Αλλά η υπόθεση δεν έχει κλείσει εντελώς σε αυτό το μυστήριο.

----

Η προσέγγιση DIY στην ανακάλυψη του διαστήματος

Το τρίο των ανιχνευτών ραδιοφώνου του STARE2

Όπως μας λέει η Chawla, νέοι, εξωγαλαξιακοί μαγνήτες αποτελούν μόνο ένα από τα προτεινόμενα μοντέλα FRBs. Οι εκρήξεις από γνωστούς μαγνήτες στον δικό μας γαλαξία δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ τόσο ισχυρές όσο οι εξωγαλακτικές και, για τους σκοπούς της μελέτης στο FRB 200428, οι αστρονόμοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η έκρηξη που εντόπισαν ήταν 3.000 φορές φωτεινότερη από οποιαδήποτε έκρηξη που παρατηρήθηκε προηγουμένως. καθιστώντας το μαγνητικό μοντέλο για FRBs πιο εύλογο.

"Η έκρηξη που είδαμε ήταν ακόμα λιγότερο ενεργητική από τις περισσότερες εξωγαλακτικές FRB, οπότε δεν μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα αν τα μαγνητάρια μπορούν να εξηγήσουν όλα τα FRB", δήλωσε ο Chawla για μια έκρηξη που ήταν το ένα χιλιοστό της ενέργειας οποιουδήποτε ισοδύναμου που βρέθηκε έξω από τον Γαλαξία.

An illustration of how fast radio bursts appear randomly across the sky.  (Image credit: © Caltech; NRAO)

Μπορεί να συμβαίνει ότι οι πιο αδύναμες εκρήξεις είναι πιο διαδεδομένες και ότι είναι απλά θέμα να είναι αρκετά κοντά ώστε να ανιχνεύεται. Όμως, όταν πρόκειται για την καρφίτσα της πηγής FRB σε μαγνήτες, οι αστρονόμοι πρέπει να θυμούνται ότι έρχονται σε δύο μορφές: αυτές που έχουν επαναλαμβανόμενα σήματα, που σημαίνει ότι δημιουργούν συχνά τις εκρήξεις ξανά και ξανά, και άλλες που, όπως το FRB 200428, παράγουν πιο σπάνια.

Θα μπορούσε να συμβαίνει ότι τα σπάνια FRB προκαλούνται από μαγνήτες και τα συχνά προκαλούνται από διαφορετικά φαινόμενα. Από την άλλη πλευρά, θα μπορούσε επίσης να σημαίνει ότι μπορεί να υπάρχουν δύο τύποι μαγνητών, προκαλώντας τους δύο διαφορετικούς τύπους γρήγορων εκρήξεων ραδιοφώνου, ή ακόμη και ότι τα πιο φωτεινά FRB προκαλούνται από αντικείμενα εκτός από τα μαγνητάρ. Μόνο περαιτέρω έρευνα θα ρίξει φως στην απάντηση, αφού το μόνο που μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα είναι ότι τουλάχιστον ένα μέρος των FRB προέρχεται από μαγνήτες

"Υποψιάστηκε για αρκετό καιρό ότι τα μαγνητάρια μπορεί να είναι οι πηγές των FRB, αλλά αυτό το επιβεβαιώνει για τουλάχιστον ένα μέρος από αυτά, αφού έχουμε δει ότι συμβαίνει μια φορά", δήλωσε ο Masui. "Αλλά δεν ξέρουμε πώς τα μαγνητάρια τα δημιουργούν - ξέρουμε το" τι "και στη συνέχεια είναι το" πώς ": Πώς το κάνουν οι μαγνήτες;"

space.coms