Astronomen die NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruiken, hebben de locaties getraceerd van vijf korte, krachtige radio-ontploffingen naar de spiraalarmen van vijf verre sterrenstelsels.

Genaamd snelle radio-uitbarstingen (FRB's), deze buitengewone gebeurtenissen wekken in een duizendste van een seconde evenveel energie op als de zon in een jaar. Omdat deze voorbijgaande radiopulsen in veel minder dan een oogwenk verdwijnen, onderzoekers hebben het moeilijk gehad om te achterhalen waar ze vandaan komen, veel minder bepalen wat voor soort object of objecten ze veroorzaakt. Daarom, meestal, astronomen weten niet precies waar ze moeten kijken.

Lokaliseren waar deze ontploffing vandaan komt, en vooral, van welke sterrenstelsels ze afkomstig zijn, is belangrijk om te bepalen welke soorten astronomische gebeurtenissen zulke intense energieflitsen veroorzaken. De nieuwe Hubble-enquête van acht FRB's helpt onderzoekers de lijst met mogelijke FRB-bronnen te verkleinen.

Flits in de nacht

De eerste FRB werd ontdekt in gearchiveerde gegevens die op 24 juli zijn opgenomen door het radioobservatorium van Parkes, 2001. Sindsdien hebben astronomen tot 1 000 FRB's, maar ze hebben er slechts ongeveer 15 kunnen associëren met bepaalde sterrenstelsels.

"Onze resultaten zijn nieuw en opwindend. Dit is de eerste weergave met hoge resolutie van een populatie FRB's, en Hubble onthult dat vijf van hen zijn gelokaliseerd in de buurt van of op de spiraalarmen van een melkwegstelsel, " zei Alexandra Mannings van de Universiteit van Californië, Santa Cruz, hoofdauteur van de studie. "De meeste sterrenstelsels zijn enorm, relatief jong, en nog steeds sterren vormen. De beeldvorming stelt ons in staat een beter idee te krijgen van de algemene eigenschappen van het gastheerstelsel, zoals de massa en stervormingssnelheid, en onderzoeken wat er precies op de FRB-positie gebeurt, omdat Hubble zo'n geweldige resolutie heeft."

In de Hubble-studie astronomen hebben ze niet alleen allemaal vastgemaakt aan sterrenstelsels, maar ze identificeerden ook het soort locaties waar ze vandaan kwamen. Hubble observeerde een van de FRB-locaties in 2017 en de andere zeven in 2019 en 2020.

"We weten niet wat FRB's veroorzaakt, dus het is erg belangrijk om context te gebruiken wanneer we die hebben, " zei teamlid Wen-fai Fong van de Northwestern University in Evanston, Illinois. "Deze techniek heeft heel goed gewerkt voor het identificeren van de voorlopers van andere soorten transiënten, zoals supernova's en gammaflitsen. Hubble speelde een grote rol in die studies, te."

De sterrenstelsels in de Hubble-studie bestonden miljarden jaren geleden. astronomen, daarom, zien de sterrenstelsels zoals ze verschenen toen het heelal ongeveer de helft van zijn huidige leeftijd had.

Velen van hen zijn zo massief als onze Melkweg. De waarnemingen werden gedaan in ultraviolet en nabij-infrarood licht met Hubble's Wide Field Camera 3.

Ultraviolet licht volgt de gloed van jonge sterren die langs de kronkelende armen van een spiraalstelsel zijn gespannen. De onderzoekers gebruikten de nabij-infraroodbeelden om de massa van de sterrenstelsels te berekenen en te vinden waar oudere populaties van sterren zich bevinden.

Plaats, plaats, plaats

De afbeeldingen tonen een diversiteit aan spiraalarmstructuren, van strak gewikkeld tot meer diffuus, onthullend hoe de sterren langs deze opvallende kenmerken zijn verdeeld. De spiraalarmen van een melkwegstelsel volgen de verspreiding van jonge, massieve sterren. Echter, de Hubble-afbeeldingen laten zien dat de FRB's die in de buurt van de spiraalarmen worden gevonden niet uit de meest heldere gebieden komen, die schitteren met het licht van forse sterren. De afbeeldingen helpen een beeld te ondersteunen dat de FRB's waarschijnlijk niet afkomstig zijn van de jongste, meest massieve sterren.

Deze aanwijzingen hielpen de onderzoekers enkele van de mogelijke triggers van typen van deze briljante fakkels uit te sluiten, inclusief de explosieve sterfgevallen van de jongste, meest massieve sterren, die gammaflitsen en sommige soorten supernova's genereren. Een andere onwaarschijnlijke bron is de samensmelting van neutronensterren, de verpletterde kernen van sterren die hun leven beëindigen in supernova-explosies. Het duurt miljarden jaren voordat deze samensmeltingen plaatsvinden en ze worden meestal ver verwijderd van de spiraalarmen van oudere sterrenstelsels die geen sterren meer vormen, gevonden.

Magnetische monsters

De Hubble-resultaten van het team, echter, zijn consistent met het leidende model dat FRB's afkomstig zijn van jonge magnetar-uitbarstingen. Magnetars zijn een soort neutronenster met krachtige magnetische velden. Ze worden de sterkste magneten in het universum genoemd, met een magnetisch veld dat 10 biljoen keer krachtiger is dan een koelkastdeurmagneet. Vorig jaar hebben astronomen waarnemingen van een FRB in ons Melkwegstelsel gekoppeld aan een gebied waar een bekende magnetar zich bevindt.

"Dankzij hun sterke magnetische velden, magnetars zijn vrij onvoorspelbaar, " legde Fong uit. "In dit geval, de FRB's worden verondersteld afkomstig te zijn van fakkels van een jonge magnetar. Massieve sterren ondergaan een stellaire evolutie en worden neutronensterren, waarvan sommige sterk kunnen worden gemagnetiseerd, leiden tot uitbarstingen en magnetische processen op hun oppervlakken, die radiolicht kan uitzenden. Onze studie past in dat beeld en sluit zeer jonge of zeer oude voorouders voor FRB's uit."

De waarnemingen hielpen de onderzoekers ook om de associatie van FRB's met massieve, stervormende sterrenstelsels. Eerdere grondobservaties van enkele mogelijke FRB-gaststelsels hebben de onderliggende structuur niet zo duidelijk gedetecteerd, zoals spiraalarmen, bij velen van hen. astronomen, daarom, kon de mogelijkheid niet uitsluiten dat FRB's afkomstig zijn van een dwergstelsel dat zich onder een enorm sterrenstelsel verbergt. In de nieuwe Hubble-studie zorgvuldige beeldverwerking en analyse van de beelden stelden onderzoekers in staat onderliggende dwergstelsels uit te sluiten, volgens co-auteur Sunil Simha van de Universiteit van Californië, Santa Cruz.

Hoewel de Hubble-resultaten opwindend zijn, de onderzoekers zeggen dat ze meer waarnemingen nodig hebben om een ​​meer definitief beeld van deze raadselachtige flitsen te krijgen en hun bron beter te kunnen lokaliseren. "Dit is zo'n nieuw en opwindend veld, "Fong zei. "Het vinden van deze gelokaliseerde gebeurtenissen is een belangrijk stuk van de puzzel, en een heel uniek puzzelstukje vergeleken met wat eerder is gedaan. Dit is een unieke bijdrage van Hubble."

De resultaten van het team verschijnen in een komende uitgave van Het astrofysische tijdschrift.