Om een ​​snelle radio-uitbarsting in het oog te krijgen, moet je extreem veel geluk hebben in waar en wanneer je je radioschotel richt. Snelle radio-uitbarstingen, of FRB's, zijn vreemd heldere lichtflitsen, registreren in de radioband van het elektromagnetische spectrum, die een paar milliseconden branden voordat ze spoorloos verdwijnen.

Deze korte en mysterieuze bakens zijn gespot in verschillende en verre delen van het universum, evenals in onze eigen melkweg. Hun oorsprong is onbekend, en hun uiterlijk is onvoorspelbaar. Sinds de eerste werd ontdekt in 2007, radioastronomen hebben slechts ongeveer 140 uitbarstingen in hun telescoop waargenomen.

Nutsvoorzieningen, een grote stationaire radiotelescoop in British Columbia heeft het aantal tot nu toe ontdekte snelle radioflitsen bijna verviervoudigd. de telescoop, bekend als CHIME, voor het Canadese Hydrogen Intensity Mapping Experiment, heeft 535 nieuwe snelle radio-uitbarstingen gedetecteerd tijdens het eerste jaar van gebruik, tussen 2018 en 2019.

Wetenschappers met de CHIME-samenwerking, waaronder onderzoekers van het MIT, hebben de nieuwe signalen verzameld in de eerste FRB-catalogus van de telescoop, die ze deze week zullen presenteren op de American Astronomical Society Meeting.

De nieuwe catalogus breidt de huidige bibliotheek met bekende FRB's aanzienlijk uit, en geeft al aanwijzingen over hun eigenschappen. Bijvoorbeeld, de nieuw ontdekte uitbarstingen lijken in twee verschillende klassen te vallen:degenen die zich herhalen, en degenen die dat niet doen. Wetenschappers identificeerden 18 FRB-bronnen die herhaaldelijk barsten, terwijl de rest eenmalig lijkt te zijn. De repeaters zien er ook anders uit, waarbij elke burst iets langer duurt en meer gefocuste radiofrequenties uitzendt dan bursts van enkele, niet-herhalende FRB's.

Deze waarnemingen suggereren sterk dat repeaters en eenmalige objecten voortkomen uit afzonderlijke mechanismen en astrofysische bronnen. Met meer waarnemingen, astronomen hopen binnenkort de extreme oorsprong van deze merkwaardig heldere signalen vast te stellen.

"Vóór CHIME, er waren in totaal minder dan 100 ontdekte FRB's; nu, na een jaar observatie, we hebben er nog honderden ontdekt, " zegt CHIME-lid Kaitlyn Shin, een afgestudeerde student aan het MIT's Department of Physics. "Met al deze bronnen, we kunnen echt een beeld krijgen van hoe FRB's er als geheel uitzien, welke astrofysica deze gebeurtenissen aanstuurt, en hoe ze kunnen worden gebruikt om het universum in de toekomst te bestuderen."

Flitsen zien

CHIME bestaat uit vier massieve parabolische radioantennes, ongeveer de grootte en vorm van snowboard halfpipes, gevestigd in het Dominion Radio Astrophysical Observatory in British Columbia, Canada. CHIME is een stationaire array, zonder bewegende delen. De telescoop ontvangt elke dag radiosignalen van de helft van de hemel terwijl de aarde draait. Terwijl de meeste radioastronomie wordt gedaan door een grote schotel te draaien om het licht uit verschillende delen van de lucht te concentreren, CHIME staart, roerloos, in de lucht, en focust inkomende signalen met behulp van een correlator - een krachtige digitale signaleringsprocessor die door enorme hoeveelheden gegevens kan werken, met een snelheid van ongeveer 7 terabit per seconde, gelijk aan een paar procent van het internetverkeer in de wereld.

"Digitale signaalverwerking zorgt ervoor dat CHIME in staat is om tegelijkertijd in duizenden richtingen te reconstrueren en te 'kijken', " zegt Kiyoshi Masui, assistent-professor natuurkunde aan het MIT, die de conferentiepresentatie van de groep zal leiden. "Dat is wat ons helpt om FRB's duizend keer vaker te detecteren dan een traditionele telescoop."

Gedurende het eerste jaar van werking, CHIME heeft 535 nieuwe snelle radioflitsen gedetecteerd. Toen de wetenschappers hun locaties in kaart brachten, ze ontdekten dat de uitbarstingen gelijkmatig in de ruimte waren verdeeld, die uit alle delen van de hemel lijkt voort te komen. Van de FRB's die CHIME kon detecteren, berekenden de wetenschappers dat snelle radioflitsen, helder genoeg om gezien te worden door een telescoop zoals CHIME, komen voor met een snelheid van ongeveer 9, 000 per dag over de hele lucht - de meest nauwkeurige schatting van de totale snelheid van FRB's tot nu toe.

"Dat is het mooie van dit veld - FRB's zijn echt moeilijk te zien, maar ze zijn niet ongewoon, " zegt Masui, die lid is van MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Als je ogen radioflitsen konden zien zoals je cameraflitsen kunt zien, je zou ze de hele tijd zien als je gewoon opkeek."

Het heelal in kaart brengen

Terwijl radiogolven door de ruimte reizen, elk interstellair gas, of plasma, langs de weg kan de eigenschappen en het traject van de golf vervormen of verspreiden. De mate waarin een radiogolf wordt verspreid, kan aanwijzingen geven over de hoeveelheid gas die er doorheen is gegaan, en mogelijk hoeveel afstand het heeft afgelegd vanaf de bron. Voor elk van de 535 FRB's die CHIME heeft gedetecteerd, Masui en zijn collega's maten de verspreiding ervan, en ontdekte dat de meeste uitbarstingen waarschijnlijk afkomstig waren van verre bronnen in verre sterrenstelsels. Het feit dat de uitbarstingen helder genoeg waren om door CHIME te worden gedetecteerd, suggereert dat ze moeten zijn geproduceerd door extreem energetische bronnen. Naarmate de telescoop meer FRB's detecteert, wetenschappers hopen precies vast te stellen wat voor soort exotische fenomenen zulke ultraheldere, ultrasnelle signalen.

Wetenschappers zijn ook van plan om de bursts te gebruiken, en hun spreidingsschattingen, om de verspreiding van gas door het heelal in kaart te brengen.

"Elke FRB geeft ons wat informatie over hoe ver ze zich hebben voortgeplant en door hoeveel gas ze zich hebben voortgeplant, " zegt Shin. "Met grote aantallen FRB's, we kunnen hopelijk achterhalen hoe gas en materie op zeer grote schaal in het universum zijn verdeeld. Dus, naast het mysterie van wat FRB's zelf zijn, er is ook het opwindende potentieel voor FRB's als krachtige kosmologische sondes in de toekomst."

Onderzoekers zullen deze resultaten aankondigen tijdens de 238e AAS-bijeenkomst op woensdag, 9 juni