211service.com
Vi har lige fundet en kilde til et af de mest mystiske fænomener i astronomi
Hurtige radioudbrud er superkraftige, superkorte signaler, der glider gennem rummet uden kendt oprindelse. En ny forklaring er magnetarer. 4. november 2020
Fem hundrede meter Sfærisk Aperture Telescope (FAST) i Guizhou-provinsen, Kina. Bojun Wang, Jinchen Jiang, Qisheng Cui
Hurtige radioudbrud er blandt de mærkeligste mysterier inden for rumvidenskab. Disse pulser varer mindre end fem millisekunder, men frigiver mere energi end solen gør på dage eller uger. Siden de første gang blev registreret i 2001 (og skrevet om i 2007), har videnskabsmænd opdaget snesevis af FRB'er. De fleste er engangssignaler, men enkelte gentager, bl.a en der slår i regulært tempo .
Men ingen har nogensinde været i stand til at forklare, hvad der præcist producerer FRB'er. Før nu var kun fem blevet lokaliseret til specifikke områder i rummet, og de stammede alle uden for vores galakse. Når et signal kommer så langt væk, er det meget svært at finde den genstand, der er ansvarlig for at producere det. De fleste teorier har fokuseret på kosmiske kollisioner eller neutronstjerner. Og også, godt, udlændinge .
Spoiler-alarm: det er ikke aliens. To nye undersøgelser offentliggjort i Nature i dag tyder kraftigt på, at magnetarer - stærkt magnetiserede neutronstjerner - er en kilde til FRB'er. Undersøgelserne indikerer også, at disse udbrud sandsynligvis er meget mere almindelige, end vi havde forestillet os.
Jeg tror ikke, vi kan konkludere, at alle hurtige radioudbrud kommer fra magnetarer, men helt sikkert er modeller, der foreslår magnetarer som en oprindelse for hurtige radioudbrud, meget sandsynlige, siger Daniele Michilli, en astrofysiker fra McGill University og medforfatter til første naturstudie .
De nye resultater fokuserer på en FRB opdaget den 28. april af to teleskoper: CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, baseret i British Columbia) og STARE2 (en række af tre små radioantenner placeret i hele Californien og Utah). Signalet, kaldet FRB 200428, frigav mere energi i radiobølger på et millisekund, end solen gør på 30 sekunder.
Det er par for kurset for CHIME at finde FRB'er - det har fundet dusinvis, og i fremtiden vil teleskopet muligvis kunne opdage et udbrud hver dag . Men selvom STARE2 var specielt designet til at lede efter FRB'er i galaksen, ved lavere følsomheder end de fleste andre instrumenter, var det få, der forventede, at det ville lykkes. Da det blev operationelt sidste år, forudsagde holdet en 10% chance for, at det faktisk ville finde et signal i Mælkevejen.
Så skete det. Da jeg først så på dataene for første gang, frøs jeg, siger Christopher Bochenek, en Caltech kandidatstuderende i astronomi, som leder STARE2-projektet og er hovedforfatter af det andet Naturstudie . Det tog mig et par minutter at samle mig og ringe til en ven for at sætte mig ned og sikre mig, at denne ting faktisk var ægte. Mellem STARE2 og CHIME blev dette udbrud set af fem radioteleskoper over hele Nordamerika.
Disse observationer faldt lige tilfældigvis sammen med et utroligt stærkt blink, der stammer fra en stærkt magnetiseret neutronstjerne - en magnetar - kaldet SGR J1935+2154, som var placeret 30.000 lysår fra Jorden nær centrum af Mælkevejsgalaksen.
Denne magnetar, som er omkring 40 til 50 gange mere massiv end solen, producerer intense anfald af elektromagnetisk stråling, herunder røntgenstråler og gammastråler. Dens magnetfelter er så stærke, at de klemmer atomer i nærheden til blyantlignende former.
Magneter har altid været en mistænkt kilde til FRB'er, men det har været svært for astrofysikere at bekræfte dette, da alle andre signaler kom fra uden for Mælkevejen.
Forskere sammenlignede radiobølgerne fra FRB 200428 med røntgenobservationer foretaget af seks rumteleskoper såvel som andre jordbaserede observatorier. Disse røntgen-emissioner pegede på SGR J1935+2154, som blinkede 3.000 gange kraftigere end nogen anden magnetar på rekord.
CHIME- og STARE2-holdene udledte, at denne særlige magnetar var ansvarlig for den energiske begivenhed, der ikke kun producerede de lyse røntgenstråler, men også FRB 200428. Det er første gang, et sådant udbrud nogensinde er blevet opdaget inde i Mælkevejen, og denne FRB udsender mere energi end nogen anden kilde til radiobølger, der er opdaget i galaksen.
FRB 200428 er kun en 30. så stærk som den svageste ekstragalaktiske FRB nogensinde, og en tusindedel af det gennemsnitlige signals styrke. Så det faktum, at STARE2 optog det efter kun omkring et års drift, er en stærk indikation af, at disse signaler hopper rundt i galaksen oftere, end forskerne var klar over.
Et modspil til disse nye resultater kommer fra FAST, fem hundrede meter Aperture Spherical Telescope, der ligger i det sydvestlige Kina. FAST er det største radioteleskop med enkelt parabol i verden. Den kan ikke overskue store dele af himlen, men den kan kigge snævert for at lede efter svage signaler på steder meget langt væk.
FAST studerede SGR J1935+2154 i i alt otte timer på tværs af fire observationssessioner fra 16. til 29. april, ifølge et tredje naturstudie . Og den fandt ingen radiobølger, der faldt sammen med nogen kendte røntgen- eller gammastråleudbrud, der skete i løbet af den tid.
Denne rapport udelukker ikke nødvendigvis den magnetiske forklaring, især da FAST ikke observerede i det øjeblik, hvor FRB 200428 blev opdaget. Men det tyder på, at en magnetar, der udsender en FRB, hvis den bekræftes, er en meget sjælden begivenhed, og en, der producerer radiosignaler, vi endnu ikke fuldt ud har karakteriseret.
Sandro Mereghetti, en astronom ved National Institute of Astrophysics i Milano, hjalp med at lede SGR J1935+2154 røntgenopdagelser foretaget af European Space Agency's INTEGRAL-teleskop (International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory). Selvom han mener, at opdagelsen stærkt favoriserer klassen af FRB-modeller baseret på magnetarer, påpeger han, at de særlige fysiske processer, der fører til de observerede udbrud af radio og hård røntgenstråling, ikke er afgjort endnu. Med andre ord ved vi ikke, hvad der præcist sker inde i en magnetar, der ville producere FRB'er sammen med tilhørende røntgenstråler eller gammastråler.
Jeg vil ikke sige, at mysteriet med FRB'er er blevet løst, siger Mereghetti. Men dette er bestemt et stort skridt fremad, der også åbner udsigter til andre lignende opdagelser.