Wetenschap
Snelle radio-uitbarstingen:onderzoek introduceert een nieuwe benadering om hun gedrag te karakteriseren
Snelle radio-uitbarstingen (FRB's) vertegenwoordigen de meest intense radio-explosies in het universum. Sinds de eerste ontdekking in 2007 hebben FRB's veel aandacht gekregen, met als hoogtepunt de Shaw Prize in Astronomy 2023. Met een nog onbekende oorsprong behoren deze extreme kosmische uitbarstingen tot de meest raadselachtige verschijnselen in zowel de astronomie als de natuurkunde.
Causaliteit dicteert dat FRB-bronnen kleiner moeten zijn dan c·dt, waarbij c de lichtsnelheid is en dt de duur van de gebeurtenissen. Voor een typische uitbarsting van 1 milliseconde impliceert dit een gebied kleiner dan 300 kilometer, wat impliceert dat compacte objecten zoals neutronensterren of zwarte gaten de motoren van de FRB's zijn.
Bij de meeste compacte objecten is snelle spin waargenomen, wat aanleiding geeft tot de verwachting van periodiciteit bij herhaalde uitbarstingen van FRB's. Uitgebreide zoektochten naar periodiciteit van milliseconden tot seconden zijn echter allemaal mislukt, wat aanleiding gaf tot een herevaluatie van FRB-emissiemechanismen.
Een team onder leiding van professor Di Li van de National Astronomical Observatories van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een nieuwe benadering geïntroduceerd om het gedrag van de FRB's in de tijd-energie bivariate faseruimte te karakteriseren. Door de willekeur en chaos te kwantificeren met behulp van respectievelijk de gegeneraliseerde "Pincus Index" en "Lyapunov Exponent", slagen ze erin om FRB's in de context te plaatsen van andere veel voorkomende fysieke gebeurtenissen zoals pulsars, aardbevingen en zonnevlammen.
Zowel willekeur als chaos veroorzaken onvoorspelbaarheid, maar ze zijn verschillend. De onvoorspelbaarheid van een willekeurige reeks blijft in de loop van de tijd constant:stel je voor dat je met dobbelstenen gooit, de uitkomst van elke worp heeft geen verband met de vorige. In chaotische systemen neemt de onvoorspelbaarheid in de loop van de tijd exponentieel toe. Iedereen kan bijvoorbeeld het weer voor de komende seconden voorspellen door omhoog en rond te kijken, maar het blijft een uitdaging voor de mensheid om het weer op de lange termijn nauwkeurig te voorspellen.
Het team ontdekte dat FRB's rondzwerven in de energie-tijdfaseruimte, met een lager niveau van chaos maar een hogere mate van willekeur dan die van aardbevingen en zonnevlammen. De uitgesproken willekeur van FRB-emissies suggereert een combinatie van meerdere emissiemechanismen of locaties. Deze studie creëert een nieuw raamwerk voor het kwantificeren van FRB's en brengt ons dichter bij het eindelijk onthullen van de oorsprong van deze gewelddadige kosmische explosies.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science Bulletin .