science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Astronomen ontdekken aanwijzingen die het mysterie van snelle radioflitsen onthullen

De vijfhonderd meter Aperture Spherical Radio Telescope (FAST) in Guizhou, China. Krediet:Bojun Wang, Jinchen Jiang &Qisheng Cui

Snelle radio-uitbarstingen, of FRB's - krachtig, Radiogolven met een duur van milliseconden, afkomstig uit de verre ruimte buiten het Melkwegstelsel, behoren tot de meest mysterieuze astronomische verschijnselen die ooit zijn waargenomen. Sinds FRB's voor het eerst werden ontdekt in 2007, astronomen van over de hele wereld hebben radiotelescopen gebruikt om de uitbarstingen te traceren en aanwijzingen te zoeken over waar ze vandaan komen en hoe ze worden geproduceerd.

UNLV-astrofysicus Bing Zhang en internationale medewerkers hebben onlangs enkele van deze mysterieuze bronnen waargenomen, wat leidde tot een reeks baanbrekende ontdekkingen die in het tijdschrift Nature zijn gerapporteerd en die eindelijk licht kunnen werpen op het fysieke mechanisme van FRB's.

Het eerste papier, waarvoor Zhang een corresponderende auteur en vooraanstaand theoreticus is, werd gepubliceerd in het nummer van 28 oktober van Natuur .

"Er zijn twee belangrijke vragen over de oorsprong van FRB's, " zei Zhang, wiens team de waarneming deed met behulp van de vijfhonderd meter Aperture Spherical Telescope (FAST) in Guizhou, China. "De eerste is wat de motoren van FRB's zijn en de tweede is wat het mechanisme is om FRB's te produceren. We hebben het antwoord op de tweede vraag in dit artikel gevonden."

Er zijn twee concurrerende theorieën voorgesteld om het mechanisme van FRB's te interpreteren. Een theorie is dat ze vergelijkbaar zijn met gammastraaluitbarstingen (GRB's), de krachtigste explosies in het universum. De andere theorie vergelijkt ze meer met radiopulsars, dat zijn draaiende neutronensterren die helder uitstralen, coherente radiopulsen. De GRB-achtige modellen voorspellen een niet-variërende polarisatiehoek binnen elke burst, terwijl de pulsar-achtige modellen variaties van de polarisatiehoek voorspellen.

Het team gebruikte FAST om één herhalende FRB-bron te observeren en ontdekte er 11 bursts van. Verrassend genoeg, zeven van de 11 heldere bursts vertoonden tijdens elke burst verschillende polarisatiehoekschommelingen. De polarisatiehoeken varieerden niet alleen in elke burst, de variatiepatronen waren ook divers tussen bursts.

"Onze waarnemingen sluiten in wezen de GRB-achtige modellen uit en bieden ondersteuning aan de pulsar-achtige modellen, " zei K.-J. Lee van het Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking Universiteit, en corresponderende auteur van het artikel.

Vier andere artikelen over FRB's werden op 4 november gepubliceerd in Nature. Deze omvatten meerdere onderzoeksartikelen die zijn gepubliceerd door het FAST-team onder leiding van Zhang en medewerkers van de National Astronomical Observatories of China en de Universiteit van Peking. Onderzoekers verbonden aan het Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) en de Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2 (STARE2) groep werkten ook samen aan de publicaties.

"Net zoals het eerste artikel ons begrip van het mechanisme achter FRB's vooruitbracht, deze papieren hebben de uitdaging van hun mysterieuze oorsprong opgelost, " legde Zhang uit.

Magnetars zijn ongelooflijk dicht, neutronensterren ter grootte van een stad met de krachtigste magnetische velden in het universum. Magnetars maken af ​​en toe korte röntgenuitbarstingen of zachte gammastraaluitbarstingen door dissipatie van magnetische velden, dus er is lang gespeculeerd dat ze plausibele bronnen zijn om FRB's van stroom te voorzien tijdens hoogenergetische bursts.

Het eerste overtuigende bewijs hiervan kwam op 28 april, 2020, toen een extreem heldere radio-uitbarsting werd gedetecteerd van een magnetar die midden in onze achtertuin zat - op een afstand van ongeveer 30, 000 lichtjaar van de aarde in de Melkweg. Zoals verwacht, de FRB werd geassocieerd met een heldere röntgenuitbarsting.

"We weten nu dat de meest gemagnetiseerde objecten in het universum, de zogenaamde magnetars, kan ten minste enkele of mogelijk alle FRB's in het universum produceren, " zei Zhang.

De gebeurtenis is gedetecteerd door CHIME en STARE2, twee telescooparrays met veel kleine radiotelescopen die geschikt zijn voor het detecteren van heldere gebeurtenissen vanuit een groot deel van de hemel.

Het team van Zhang gebruikt FAST al een tijdje om de magnetarbron te observeren. Helaas, toen de FRB plaatsvond, FAST keek niet naar de bron. Niettemin, FAST deed een aantal intrigerende "niet-detectie" ontdekkingen en rapporteerde ze in een van de 4 november Natuur Lidwoord. Tijdens de FAST-waarnemingscampagne, er waren nog eens 29 röntgenuitbarstingen uitgezonden door de magnetar. Echter, geen van deze bursts ging gepaard met een radioburst.

"Onze niet-detecties en de detecties door de CHIME- en STARE2-teams schetsen een compleet beeld van FRB-magnetarverenigingen, ' zei Zhang.

Om het allemaal in perspectief te plaatsen, Zhang werkte ook samen met Nature om een ​​recensie van één auteur te publiceren van de verschillende ontdekkingen en hun implicaties voor de astronomie.

"Dankzij recente waarnemingsdoorbraken, de FRB-theorieën kunnen eindelijk kritisch worden bekeken, " zei Zhang. "De mechanismen voor het produceren van FRB's zijn sterk beperkt. Nog, veel open vragen blijven. Dit wordt de komende jaren een spannend veld."