Szybkie rozbłyski radiowe: klucz do tajemnicy

Szybkie rozbłyski radiowe: klucz do tajemnicy

Konstantin Postnov,
Dr. Phys.-Mat. Sci., Profesor, Katedra Astrofizyki i Gwiezdnej Astronomii, Wydział Astronomiczny, Wydział Fizyki, MSU
"Opcja Trójcy" №1 (220), 17 stycznia 2017 r

Konstantin Postnov

W 2007 roku odkryto jedno z najbardziej tajemniczych zjawisk współczesnej astrofizyki: szybkie wybuchy radiowe (FRB). Pierwszy z nich został znaleziony w zarchiwizowanych danych z radioteleskopu Parks (Australia) – milisekundowy wzrost emisji radiowej o wysokiej intensywności, który miał bardzo silną zależność opóźnienia sygnału od częstotliwości. Zależność ta nazywana jest miarą dyspersji, pojawia się, gdy sygnał radiowy rozprzestrzenia się w kosmicznej międzygwiezdnej i międzygalaktycznej plazmie i jest proporcjonalny do gęstości elementu elektronicznego zintegrowanego wzdłuż linii wzroku.

Autor odkrycia, Duncan Lorimer, zasugerował, że źródłem prawdopodobnie był obiekt pozagalaktyczny, w odległości rzędu setek megaparseków. Kilka lat później radioastronomowie odkryli podobne wybuchy o podobnych właściwościach i stało się jasne, że jest to cała klasa nowych zjawisk astronomicznych. Teraz są znane około 20, a analiza statystyczna pokazuje, że liczba szybkich impulsów radiowych dziennie na niebie powinna wynosić kilka tysięcy!

Ale pytanie pozostało – skąd one pochodzą? Gdzie są źródła w pobliżu galaktyki, w sąsiednich galaktykach, a nawet w kosmologicznych odległościach miliardów lat świetlnych? Dokładność lokalizacji szybkich błysków radiowych na niebie była jak dotąd niska – kilka stopni kwadratowych. Poszukiwanie źródła na takim obszarze, poza tym, że nie wie, jak to jest, jest beznadziejnym zadaniem.

Radioteleskop "Parki" w Australii, w danych, których znaleziono pierwszego FRB. Zdjęcie: John Sarkissian (Obserwatorium CSIRO Parkes)

Jaka jest ich wyjątkowość? Krótki czas trwania i wysoka intensywność wskazują kolosalną jasność temperatury promieniowania w źródle. Ten rodzaj emisji radiowej był znany tylko z ultrakrótkich "super pulsów" młodych pulsarów (na przykład Kraba), których natura również jest niejasna. Obecnie napisano setki artykułów na temat natury krótkich wybuchów radiowych (FRB) i przedstawiono kilkadziesiąt hipotez, począwszy od całkowicie naturalnych (na przykład, odnosząc je do procesów wybuchowych w pobliżu gwiazd neutronowych, arXiv: 1307.4924, arXiv: 1401.6674), aż do całkowicie egzotycznych (na przykład rozpad wybuchowy). "mini-klastrów osiowych", arXiv: 1411.3900) lub nawet (do tej pory) fantastycznych (na przykład, wiązki radiowe,wykorzystywane przez cywilizacje pozaziemskie do rozpraszania "żagli kosmicznych" do ruchu w międzyplanetarnej i międzygwiezdnej przestrzeni, arXiv: 1701.01109).

Pierwsza szybka seria radiowa znaleziona w zarchiwizowanych danych. Pionowo – częstotliwość, poziomo – czas w milisekundach. Sygnał udaru – ciemny pasek. Przy niskich częstotliwościach sygnał nadchodzi później z powodu rozproszenia fal radiowych w ośrodku z wolnymi elektronami. Na pasku bocznym – profil czasu sygnału ze stałą częstotliwością. Figura z artykułu Larimer i wsp., ArXiv: 0709.4301

Sytuacja z szybkimi wybuchami radiowymi jest bardzo podobna do historii gamma-wybuchów recepty od prawie pół wieku. Wtedy też nie mogłem znaleźć źródeł ze względu na słabą lokalizację, także nie znałem skali odległości do nich. Na początku lat 90. dominował pogląd, że źródła znajdują się w Galaktyce. Jednak ich statystyki, zebrane przez obserwatorium gamma w Compton, mówiły o tym, że rozbłyski gamma pochodzą z kosmologicznych odległości porównywalnych z odległością od horyzontu wszechświata.

Z tej okazji w Bibliotece Kongresu w 1995 r. Odbyła się ekscytująca debata publiczna pomiędzy Don Lambem (Donald Q. Lamb), który podążał za hipotezą galaktyczną, i Bohdanem Paczyńskim, który bronił kosmologicznego pochodzenia wybuchów gamma.Wtedy nikt nie odniósł wyraźnego zwycięstwa, ale w 1996 r. Zagadka została rozwiązana. Znaleźliśmy optyczną poświatę wybuchu, która zbiegła się z odległą galaktyką z dużym przesunięciem ku czerwieni. Potem coraz więcej – wszystko w kosmologicznych odległościach. Kluczem do rozwiązania było określenie współrzędnych źródła z dokładnością astrometryczną.

Astrometria jest najdokładniejszym obszarem astronomii; określanie współrzędnych ciał niebieskich i ich widocznych ruchów jest jednym z jego głównych zadań. Współrzędne określa się najdokładniej za pomocą interferometrii, szczególnie w zakresie radiowym, gdzie podstawa może być porównywalna do wielkości Ziemi, a w eksperymentach kosmicznych (Radioastron) nawet kilkadziesiąt razy większa.

Przez długi czas problemem było wychwytywanie fal radiowych przy użyciu interferometru ze względu na wąskie pole widzenia. A w dniu 4 stycznia 2017 r. W czasopiśmie Natura Duża grupa radioastronomów (S. Chatterjee i in., ArXiv: 1701.01098) donosiła ostatecznie o "astrometrycznej" lokalizacji jednego ze źródeł krótkich impulsów FRB 121102 z wykorzystaniem radiowych interferometrycznych obserwacji na antenach VLA i 305-metrowym radioteleskopie w Arecibo (USA).

Astronomowie wykorzystali fakt, że to szczególne źródło powtarza się- w przypadku 83 godzin obserwacji VLA w zakresie częstotliwości 2,5-3,5 GHz, w ciągu sześciu miesięcy zarejestrowano 9 krótkich jasnych serii z tą samą miarą rozproszenia. Dokładność lokalizacji wynosiła około 0,1 sekundy kątowej (jest to dokładność najlepszych obserwacji optycznych).

Okazało się, że w pobliżu źródła powtarzających się FRB (w odległości 0,1 sekundy od łuku) znajduje się słabe prawie stałe źródło radiowe z ciągłym widmem nietermicznym. Według archiwalnych danych obserwacyjnych z 2014 r. Znaleziono słaby stały obiekt o wielkości około 25 magii u źródła, przy źródle 10-metrowego teleskopu Kek i teleskopu Gemini.

Dodatkowe radiowe interferometryczne obserwacje z bardzo długą bazą (VLBI) w europejskiej sieci radioteleskopów z dokładnością milisekundy potwierdziły wyniki VLA (arXiv: 1701.01099) i pokazały, że stałe źródło i źródło FRB są oddzielone o mniej niż 0,12 milisekundy łuku. To potwierdza ich możliwe fizyczne połączenie.

Optyczna spektroskopia źródła w teleskopie North Gemini (Hawaje) wykazała (arXiv: 1701.01100), że promieniowanie optyczne jest słabą galaktyką karłowatą z przesunięciem czerwonym z = 0,1927 (odległość około 1 Gpc),o masie 40-70 milionów mas Słońca, o wysokiej specyficznej szybkości powstawania gwiazd i niskiej metaliczności, podobnej do młodych galaktyk karłowatych z błyskiem gwiazd.

Jakie są wnioski z tych odkryć? Po pierwsze, charakter pozagalaktyczny (przynajmniej tego!) Źródła FRB został potwierdzony. Po drugie, znaleziono stałe drugie źródło radiowe z widmem nietermicznym, którego nie można było zidentyfikować za pomocą znanych źródeł (na przykład młodej magnetarnej gwiazdy neutronowej lub jądra aktywnej galaktyki). Po trzecie, źródło jest dokładnie zlokalizowane w galaktyce karłowatej o niskiej metaliczności i wysokim wskaźniku powstawania gwiazd.

Oczywiście fakty te z pewnością odrzucają szereg modeli fizycznych, ale nadal nie pozwalają na jednoznaczną odpowiedź na pytanie o naturę FRB i ich niezwykłą emisję radiową. Przypuszczalnie w niedalekiej przyszłości nowe obserwacje pozwolą astronomom odkryć tajemnicę źródeł krótkich wybuchów radiowych – czekając na nowe rezultaty!


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: