Jednym z najbardziej tajemniczych zjawisk kosmicznych są szybkie rozbłyski radiowe. Są to krótkie, kilkumilisekundowe sygnały radiowe o nieznanej naturze, powstałe w wyniku uwolnienia ogromnej ilości energii. Od ich odkrycia minęło ponad dziesięć lat, ale astrofizycy wciąż próbują wyjaśnić mechanizmy ich występowania. Naukowcy wymieniają gwiazdy neutronowe, czarne dziury, a nawet przekaźniki z obcych cywilizacji jako możliwe źródła.
Tajemnicze sygnały
Przy szybkich rozbłyskach radiowych w milisekundach uwalnia się tyle energii, ile Słońce wyemitowało przez kilkadziesiąt tysięcy lat. Wiodąca hipoteza głosi, że są one spowodowane katastrofalnymi wydarzeniami, takimi jak połączenie dwóch gwiazd neutronowych, błysk z wyparowania czarnej dziury lub transformacja pulsara w czarną dziurę. Przez długi czas uważano, że rozbłyski radiowe mogą wystąpić tylko raz, ale w 2015 roku odkryto, że wcześniej zarejestrowany szybki impuls radiowy FRB 121102 jest powtarzany nieokresowo.
FRB 121102 znajduje się w galaktyce karłowatej trzy miliardy lat świetlnych od Ziemi i przez kilka lat pozostawał jedynym znanym źródłem powtarzających się rozbłysków radiowych, pomimo dokładnych poszukiwań. Jednak w styczniu 2019 roku w czasopiśmie Nature pojawił się artykuł naukowców z kanadyjskiej współpracy CHIME, w którym podano, że sygnały z innego źródła zostały ponownie zarejestrowane - 180814. J0422 + 73. Interferometryczny radioteleskop CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) zarejestrował sześć szybkich rozbłysków radiowych, które nadeszły z odległej o 1,3 miliarda lat świetlnych galaktyki.
Sygnały w swojej strukturze częstotliwościowej i charakterystyce widmowej przypominały sygnały z FRB 121102, co wskazuje na podobny mechanizm ich powstawania i taką samą naturę źródła. Odkrycie wskazuje na istnienie odrębnego rodzaju szybkich rozbłysków radiowych, których przyczyną nie mogą być zdarzenia katastroficzne właśnie ze względu na ich powtarzanie się.
Film promocyjny:
Cicha galaktyka
W sierpniu 2019 roku międzynarodowy zespół naukowców po raz pierwszy zidentyfikował źródło pojedynczego szybkiego rozbłysku radiowego FRB 180924, który powstał w galaktyce odległej o cztery miliardy lat świetlnych.
Korzystając z interferometru radiowego ASKAP, znajdującego się w Australii, astronomowie określili lokalizację źródła FRB, a następnie obliczyli odległość do niego, analizując dane z naziemnych teleskopów optycznych Gemini, Keck i VLT. Okazało się, że rozbłysk radiowy wystąpił w masywnej galaktyce wielkości Drogi Mlecznej, 13 tysięcy lat świetlnych od jej centrum. Charakterystyczną cechą galaktyki jest brak procesów narodzin nowych gwiazd.
Kontrastuje to z powtarzającym się sygnałem FRB 121102, który znajduje się w aktywnym regionie formowania się gwiazd. Zatem pojedyncze i powtarzane szybkie błyski radiowe powinny mieć różne pochodzenie. W przypadku FRB 121102, sygnał radiowy zdawał się przechodzić przez silne pole magnetyczne wokół magnetara - specjalnego rodzaju gwiazdy neutronowej.
Wkrótce astronomowie z Kalifornijskiego Instytutu Technologii w Stanach Zjednoczonych poinformowali o odkryciu kolejnego szybkiego rozbłysku radiowego FRB 190523, który również wystąpił w stosunkowo spokojnym środowisku - w galaktyce analogicznej do Drogi Mlecznej i oddalonej od Ziemi o 7,9 miliarda lat świetlnych.
Oba te odkrycia obalają, że szybkie rozbłyski radiowe mogą wystąpić tylko w młodych galaktykach karłowatych, które zawierają dużą liczbę magnetarów.
Interferometr radiowy ZAPYTAJ.
Osiem bliźniaków
W sierpniu 2019 r. W repozytorium preprint arXiv.org pojawił się artykuł kanadyjskiej współpracy CHIME, który donosił o wykryciu ośmiu powtarzających się sygnałów radiowych. Dwa źródła sygnałów radiowych - FRB 180916 i FRB 181119 - błysnęły więcej niż dwa razy (odpowiednio dziesięć i trzy razy), pozostałe wysyłały powtarzające się sygnały radiowe tylko raz, przy czym najdłuższa przerwa między rejestracją fal radiowych wynosiła 20 godzin. Zdaniem naukowców może to wskazywać, że wiele FRB faktycznie się powtarza, ale niektóre są bardziej aktywne niż inne.
Większość z ośmiu nowych szybkich błysków radiowych wykazywała spadek częstotliwości sygnału z każdym powtórzonym impulsem, co może być kluczem do zrozumienia mechanizmu, który powoduje te zjawiska. Ponadto FRB 180916 ma najniższe współczynniki dyspersji sygnału, wskazujące na względną bliskość źródła do Ziemi. Naukowcy podsumowali, że może to również pomóc w określeniu natury rozbłysku radiowego.
Piekielne gwiazdy
Późnym latem 2019 roku naukowcy z National Center for Radioastrophysics w Indiach poinformowali, że magnetary są nadal jednym z najbardziej prawdopodobnych źródeł szybkich rozbłysków radiowych (przynajmniej powtarzających się).
Anomalny magnetar XTE J1810-197 był obserwowany przez Giant Metrewave Radio Telescope. Zarejestrowano milisekundowe impulsy emisji radiowej, przypominające błyski z powtarzających się FRB 180814. J0422 + 73.
Gigantyczny radioteleskop Metrewave.
Ten magnetar znajduje się 10 tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Został odkryty w 2003 roku i stopniowo przestał emitować emisję radiową w 2008 roku. Jednak w 2018 roku nastąpił na nim nowy wybuch, który również stopniowo zaczął zanikać. Co ciekawe, magnetary zwykle nie emitują emisji radiowej, a XTE J1810-197 był pierwszym tego typu źródłem. Rzadkość tego obiektu, jak również powtarzające się rozbłyski radiowe, doprowadziły naukowców do przekonania, że oba zjawiska mogą być ze sobą powiązane.
Hałaśliwa dziura
We wrześniu 2019 roku chińscy astronomowie poinformowali, że wykryli nowe szybkie powtarzające się rozbłyski radiowe (FRB) z FRB 121102. Sygnały zostały wykryte za pomocą 500-metrowego radioteleskopu FAST z odbiornikiem 19 wiązek w prowincji Guizhou. Od końca sierpnia do września odnotowano ponad 100 skoków, co jest rekordową liczbą wśród wszystkich zarejestrowanych FRB.
W tym czasie naukowcy zaczęli zakładać, że FRB 121102 jest supermasywną czarną dziurą, która przekracza masę Słońca o 10-100 milionów razy i generuje potężne pole magnetyczne, a gwiazda neutronowa lub plazma dotknięta dziurą mogą być bezpośrednim źródłem rozbłysków. Innym możliwym wyjaśnieniem jest to, że FRB 121102 to namagnesowany plerion, mgławica napędzana wiatrem gwiazdowym z pulsara.
***
Podczas gdy szybkie rozbłyski radiowe pozostają dotychczas niewyjaśnionym zjawiskiem, w 2019 roku społeczności naukowej przedstawiono wiele danych, które przybliżają astronomów do rozwiązania. Okazało się, że FRB można powtórzyć i zapewne robią to bardzo często. W tym przypadku są generowane przez raczej egzotyczne obiekty, takie jak gwiazdy neutronowe (pulsary i magnetary), zlokalizowane w odpowiednim ośrodku międzygwiazdowym. Pojedyncze rozbłyski występują w mniej burzliwych warunkach: galaktykach, w których tworzenie się gwiazd przebiega bardzo wolno. Takie zjawiska najprawdopodobniej naprawdę występują z powodu katastrofalnych procesów.