Natura necunoscută a exploziilor radio cosmice

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Unul dintre cele mai misterioase fenomene cosmice este exploziile radio rapide. Acestea sunt semnale radio de scurtă durată, de câteva milisecunde, de natură necunoscută, rezultate din eliberarea unei cantități enorme de energie. A trecut mai bine de un deceniu de la descoperirea lor, dar astrofizicienii încă încearcă să descopere mecanismele apariției lor. Cercetătorii citează ca surse posibile stele cu neutroni, găurile negre și chiar transmițători ai civilizațiilor extraterestre.

Semnale misterioase

Cu rafale radio rapide, în milisecunde, se eliberează atâta energie cât a emis Soarele de-a lungul a câteva zeci de mii de ani. Ipoteza principală este că acestea sunt cauzate de evenimente catastrofale, cum ar fi fuziunea a două stele neutronice, o fulger de la evaporarea unei găuri negre sau transformarea unui pulsar într-o gaură neagră. Multă vreme s-a crezut că exploziile radio pot apărea o singură dată, dar în 2015 s-a descoperit că explozia radio rapidă FRB 121102 înregistrată anterior se repetă într-o manieră neperiodică.

FRB 121102 este situat într-o galaxie pitică la trei miliarde de ani lumină de Pământ și timp de câțiva ani a rămas singura sursă cunoscută de explozii radio recurente, în ciuda căutărilor atente. Cu toate acestea, în ianuarie 2019, în revista Nature a apărut un articol al oamenilor de știință din colaborarea canadiană CHIME, în care se raporta despre reînregistrarea semnalelor dintr-o altă sursă - 180814. J0422 + 73. Radiotelescopul interferometric CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) a înregistrat șase rafale radio rapide care au venit dintr-o galaxie aflată la 1,3 miliarde de ani lumină distanță.

Semnalele în structura lor de frecvență și caracteristicile spectrale semănau cu semnalele din FRB 121102, ceea ce indică un mecanism similar al formării lor și aceeași natură a sursei. Descoperirea indică existența unui tip separat de explozii radio rapide, care nu pot fi cauzate de evenimente catastrofale tocmai din cauza reapariției lor.

Galaxie tăcută

În august 2019, o echipă internațională de oameni de știință a identificat pentru prima dată sursa unei singure explozii radio rapide FRB 180924, care își are originea într-o galaxie la patru miliarde de ani lumină distanță.

Folosind radio-interferometrul ASKAP situat în Australia, astronomii au determinat locația sursei FRB și apoi au calculat distanța până la aceasta analizând datele de la telescoapele optice de la sol Gemini, Keck și VLT. S-a dovedit că erupția radio a avut loc într-o galaxie masivă de dimensiunea Căii Lactee, la 13 mii de ani lumină de centrul ei. O trăsătură caracteristică a galaxiei este absența proceselor pentru nașterea de noi stele.

Acest lucru este în contrast cu semnalul repetitiv FRB 121102, care este situat în regiunea de formare a stelelor active. Astfel, rafale radio rapide simple și repetitive trebuie să aibă origini diferite. În cazul FRB 121102, semnalul radio părea să treacă printr-un câmp magnetic puternic în jurul unui magnetar, un tip special de stea neutronică.

Curând, astronomii de la Institutul de Tehnologie din California din Statele Unite au raportat descoperirea unei alte explozii radio rapide FRB 190523, care a avut loc și într-un mediu relativ calm - într-o galaxie care este analogă cu Calea Lactee și se află la 7,9 miliarde de ani lumină distanță. de pe Pământ.

Ambele descoperiri infirmă faptul că exploziile radio rapide pot apărea numai în galaxiile pitice tinere care conțin un număr mare de magnetare.

Opt gemeni

În august 2019, în arXiv.org a apărut un articol din colaborarea canadiană CHIME, care a raportat detectarea a opt semnale radio care se repetă. Două surse de semnale radio - FRB 180916 și FRB 181119 - au clipit de mai mult de două ori (de zece, respectiv de trei ori), restul au trimis semnale radio repetate o singură dată, cea mai lungă pauză între înregistrarea undelor radio fiind de 20 de ore. Potrivit cercetătorilor, acest lucru poate indica faptul că multe FRB sunt de fapt repetitive, dar unele sunt mai active decât altele.

Majoritatea celor opt noi rafale radio rapide au arătat o scădere a frecvenței semnalului cu fiecare explozie repetată, ceea ce poate fi cheia înțelegerii mecanismului care produce aceste fenomene. În plus, FRB 180916 are cele mai scăzute rate de dispersie a semnalului, indicând proximitatea relativă a sursei de Pământ. De asemenea, ar putea ajuta la determinarea naturii exploziei radio, au concluzionat cercetătorii.

Stele iadului

La sfârșitul verii 2019, oamenii de știință de la Centrul Național pentru Radioastrofizică din India au raportat că magnetarele sunt încă una dintre cele mai probabile surse de explozii radio rapide (cel puțin repetitive).

Magnetarul anormal XTE J1810-197 a fost observat cu radiotelescopul Giant Metrewave. Au fost înregistrate impulsuri de emisie radio în milisecunde, asemănătoare blițurilor de la repetarea FRB 180814. J0422 + 73.

Acest magnetar este situat la 10 mii de ani lumină de Pământ. A fost descoperit în 2003 și a încetat treptat să emită emisii radio în 2008. Cu toate acestea, în 2018, a avut loc un nou focar pe acesta, care, de asemenea, a început să se estompeze treptat. Interesant este că magnetarele de obicei nu emit emisii radio, iar XTE J1810-197 a fost prima sursă de emisie radio de acest fel. Raritatea acestui obiect, precum exploziile radio repetitive, i-a determinat pe oamenii de știință să creadă că ambele fenomene pot fi legate între ele.

gaură zgomotoasă

În septembrie 2019, astronomii chinezi au raportat că au detectat noi rafale radio repetitive rapide (FRB) de la FRB 121102. Semnalele au fost detectate cu un radiotelescop FAST de 500 de metri cu un receptor cu 19 fascicule în provincia Guizhou. De la sfârșitul lunii august până în septembrie, au fost înregistrate peste 100 de vârfuri, ceea ce reprezintă un număr record între toate FRB-urile înregistrate.

În acel moment, oamenii de știință au început să presupună că FRB 121102 este o gaură neagră supermasivă care depășește masa Soarelui de 10-100 de milioane de ori și generează un câmp magnetic puternic, iar o stea neutronică sau o plasmă afectată de gaură ar putea fi direct sursă de erupții. O altă posibilă explicație este că FRB 121102 este un plerion magnetizat, o nebuloasă alimentată de vântul stelar de la un pulsar.

În timp ce exploziile radio rapide rămân inexplicabile până acum, o mulțime de date au fost prezentate comunității științifice în 2019 care îi apropie pe astronomi de soluție. S-a dovedit că FRB-urile pot fi repetate și probabil că o fac foarte des. În acest caz, ele sunt generate de obiecte destul de exotice precum stelele neutronice (pulsari și magnetare), situate într-un mediu interstelar adecvat. Exploziile unice apar în condiții mai puțin turbulente: galaxii în care formarea stelelor este foarte lentă. Astfel de fenomene, cel mai probabil, apar cu adevărat din cauza unor procese catastrofale.