Nieuw ontdekte Fast Radio Burst (FRB) 190520 vertoont uniek gedrag in vergelijking met andere tot nu toe ontdekte FRB's. Deze afwijkende kosmische uitbarsting werd waargenomen door een internationaal team, mede geleid door onderzoekers van de West Virginia University en het Center for Gravitational Waves and Cosmology. Net wanneer je denkt dat je het patroon begrijpt, komt er een vreemde uitbijter langs en dwingt je om alles wat je weet opnieuw te evalueren.

Professor Sarah Burke-Spolaor samen met Graduate Assistant Kshitij Aggarwal, beide van de WVU Department of Physics and Astronomy en het Center for Gravitational Waves and Cosmology, publiceerden hun bevindingen in Nature . In de krant beschrijven ze het observeren van het unieke gedrag van de snelle radioflits genaamd FRB 190520.

Bovendien speelden de afgestudeerde studenten van de West Virginia University, Jessica Sydnor en Reshma Thomas, allebei een cruciale rol bij de ontdekking.

Thomas werkte nauw samen met Burke-Spolaor om follow-upgegevens over de FRB te verkrijgen om enkele van de interessante eigenschappen die bij de eerste ontdekking werden gevonden beter te begrijpen. Snyder hielp Burke-Spolaor bij beeldvorming en beeldinterpretatie om de resultaten van de FAST-medewerkers te controleren.

De vreemde

FRB's zijn voorbijgaande radiopulsen die worden veroorzaakt door astrofysische bronnen die zich ver buiten ons melkwegstelsel, de Melkweg, bevinden. Hoewel de oorsprong van deze millisecondenduur, heldere, extragalactische flitsen nog steeds niet volledig wordt begrepen, naderen onderzoekers het mysterie met elke nieuwe ontdekking. Deze FRB, FRB 190520, bleek uniek genoeg om te worden beschouwd als een uitbijter onder alle bekende FRB's. Ten eerste werd het geclassificeerd als een repeater. Een repeater is een FRB die zijn pulsen willekeurig herhaalt. Doorgaans zijn FRB's onvoorspelbaar, maar repeaters zijn betrouwbaarder, maar zijn ook zeldzaam. Met herhalend gedrag kunnen onderzoekers de gegevens beter focussen en met relatieve precisie observeren en herhalende bursts in kaart brengen die helpen bij toekomstige waarnemingen. FRB 190520 is een van de meest actieve herhalende FRB's die ooit zijn waargenomen.

Bovendien is dit pas de tweede gelokaliseerde FRB, van meer dan 20 gelokaliseerde FRB's, waaraan een persistente radiobron is gekoppeld. Lokalisatie is wanneer een FRB-locatie wordt gelokaliseerd op een heel klein gebied in de ruimte, waardoor de FRB wordt verbonden met een gastmelkwegstelsel in de buurt van die locatie. Waarnemingen van het gaststelsel van FRB 190520 toonden aan dat het veel dichterbij is dan verwacht. Over het algemeen gedroeg het zich heel anders dan andere FRB's, wat meer vragen van het team opriep. Waarom was deze anders? Wat zorgde ervoor dat het zich anders gedroeg? Is het gedrag te wijten aan de feitelijke FRB zelf, of aan het gaststelsel? Zou dit gaststelsel astronomen meer aanwijzingen kunnen geven die meer stukjes van de kosmologische puzzel kunnen invullen?

Laten we beginnen te begrijpen hoe de ontdekking zich ontvouwde.

De eerste FRB werd in 2007 ontdekt door professor Duncan Lorimer van de West Virginia University, professor Maura McLaughlin en een student die samenwerkte met Lorimer, D. Narkevic, terwijl ze archiefgegevens analyseerden die waren vastgelegd door het Parkes Observatory. Deze burst werd oorspronkelijk de Lorimer Burst genoemd. Deze ontdekking opende de deuren voor een heel studiegebied rond FRB's. FRB 190520 werd ontdekt door onderzoekers met behulp van de FAST (Five-honderd-meter Aperture Spherical radio Telescope) in 2019. In 2020 observeerde een team van onderzoekers FRB 190520 met behulp van het VLA-observatorium (Karl G. Jansky Very Large Array) en vond opmerkelijke kenmerken , zeer uniek voor deze specifieke FRB.

14 jaar vooruit, FRB 190520 roept tal van nieuwe vragen op.

Hoe weet je de locatie van een FRB?

Net als het Doppler-effect gebruiken astronomen wat roodverschuiving wordt genoemd, of de golflengte van het licht dat wordt uitgerekt als geluidsgolven door de ruimte bewegen. Net als het geluid dat een ambulance maakt; het verandert en piekt in toon als het naar je toe beweegt en daalt dan in toon als het van je af beweegt. Lichtgolven bewegen op dezelfde manier. Het licht drijft naar de rode kant van het spectrum voor objecten die ver weg zijn en van ons af bewegen en stelt astronomen in staat om de snelheid van een sterrenstelsel ten opzichte van de aarde te meten en te berekenen.

Het team combineerde alles wat ze wisten over de FRB en gebruikte het Realfast-observatiesysteem bij VLA om gegevens te observeren en te verzamelen waar ze een persistente radiobron (PRS) ontdekten die zich op de FRB 190520 bevond.  Met behulp van de positie van de FRB met realfast, zocht het team naar voor het gaststelsel en identificeerde het gaststelsel, een dwergstelsel, op een afstand van ~0,2. Het team weet niet zeker of de PRS gerelateerd is aan de FRB, of iets in de buurt van de FRB in zijn omgeving. Er bestaan ​​veel theorieën rond beide scenario's. Dit is het begin van een beter begrip van repeaters die ook co-gelokaliseerd zijn.

Reisberekeningen met spreidingsmaat

Plasma dat de "lege" ruimte tussen sterren en melkwegstelsels inneemt, zorgt er in feite voor dat het licht vertraagt, en dit effect wordt extremer bij lagere radiofrequenties. Dit zorgt ervoor dat hoogfrequente signalen het eerst aankomen en laagfrequente signalen later, waardoor FRB's een dalend "fluitje" in de gegevens laten zien. De duur van die dalende toon kan worden gebruikt om de hoeveelheid gas en materie te berekenen die het heeft doorgemaakt, waardoor ze een idee krijgen van hoe ver het is ontstaan. De Dispersion Measure (DM) geeft ons veel informatie over ons universum omdat het vertelt ons over de elektronenverdeling in de ruimte. Terwijl de pulsen van een FRB ver weg door materie bewegen, zoals gas en plasma in het universum, kaatsen de geluiden van de pulsen terug van elektronen in het intergalactische medium (buiten ons eigen melkwegstelsel) en veroorzaken veranderingen in de puls. Astronomen kunnen de spreiding binnen de Melkweg, onze eigen Melkweg, berekenen. Voorbij de Melkweg is dispersie in het intergalactische medium onbekend, dus onderzoekers moeten de lege plekken invullen met berekende schattingen. Er kan veel materie verborgen zijn in het intergalactische medium; een andere puzzel voor een andere dag.

DM van FRB 190520

Bij het berekenen van de spreidingsmaat ontdekte het team dat deze erg groot was. De dispersiemaat (DM) wordt gebruikt om in te schatten hoe ver de FRB zou kunnen zijn, en op basis van de DM alleen zou het heel ver weg moeten zijn, maar in combinatie met de roodverschuiving was het helemaal niet ver weg; juist het tegenovergestelde. Het was heel dichtbij. Op basis van bestaande waarnemingen met behulp van de roodverschuiving/DM-relatie, bleken de kenmerken van deze FRB enorm uniek te zijn, zelfs een uitbijter. Deze baanbrekende berekening daagt nu de DM-roodverschuivingsrelaties uit die routinematig worden gebruikt in FRB-analyse om de afstanden tot FRB's te bepalen.

De uitbijter

FRB 190520 moest opnieuw zijn uniciteit bewijzen. De DM was erg groot, wat meestal wordt gebruikt om te schatten hoe ver de FRB zou kunnen worden gelokaliseerd. Alleen al op basis van de DM had het heel ver moeten zijn, maar de roodverschuiving bewees het tegendeel. Het was eigenlijk heel dicht bij de aarde.

Als alle FRB's zich op dezelfde manier gedragen, kunnen we ze als gemiddelde gebruiken. Maar als we afwijkende FRB's hebben, zoals FRB 190520, zijn de gemiddelden niet zo gelijkmatig weergegeven. Met andere woorden, het kan ervoor zorgen dat het bekende gemiddelde groter is vanwege de voor de hand liggende uitschieters in de mix.

Volgens Aggarwal zou FRB 190520 de eerste schattingen en aannames uit het raam kunnen gooien.

FRB 190520 blijkt een portaal van continue onbekenden te zijn. Deze uitbijter en zijn gastmelkweg hebben nu meer vragen geopend over de kosmische wereld van FRB's, intrigerende onderzoekers met meer wetenschappelijke nieuwsgierigheid. Onderzoekers hebben deze FRB's gebruikt om belangrijke conclusies te trekken over andere onderzoeksgebieden met betrekking tot het universum, zoals de evolutie ervan. "Als je alle sterren, gas en andere lichtgevende dingen die we kunnen zien optelt, op basis van kosmologische waarnemingen, zou er meer ontbrekende materie moeten zijn, maar we hebben die directe metingen niet volledig", legt Burke Spolaor uit. FRB's kunnen de ruimte tussen sterrenstelsels onderzoeken en helpen om die onbekende details over het intergalactische medium, inclusief de verborgen materie, in te vullen.

Er is iets aan de hand met FRB 190520, en we willen meer weten! Het gaststelsel, of de omgeving rond deze FRB, heeft iets unieks aan de hand, wat zou kunnen bijdragen aan zo'n hoge dispersie. Lokalisatie is de sleutel tot een beter begrip van uitschieters zoals FRB 190520, door de FRB te lokaliseren tot zijn moedermelkwegstelsel en de exacte afstand ervan te schatten.

Met elke ontdekking wordt de puzzel complexer en biedt het meer antwoorden op vragen met betrekking tot de evolutie van het universum en daarbuiten.

Hoewel het momenteel een anomalie is, is het heel goed mogelijk dat het over vijf of tien jaar als normaal kan worden beschouwd, aangezien meer details over herhalende FRB's, zoals FRB 190520, worden ontdekt. + Verder verkennen

Vreemde radio-uitbarsting roept nieuwe vragen op