Hızlı radyo patlamalarının gizemli kaynağını keşfetmek

Hızlı radyo patlamaları olgusu, modern astrofiziğin en büyük gizemlerinden biridir. Şimdiye kadar kaynaklarının magnetar olduğuna inanılıyordu. NCU Astronomi Enstitüsü’nden Dr Marcin Gawroński’nin büyük bir rol oynadığı son keşif, bu görüşü kısmen revize edebilir.

Hızlı radyo patlamaları (FRB’ler), radyo dalgaları üzerine kaydedilen milisaniye uzunluğundaki radyasyon patlamalarıdır. Son derece güçlüdürler – örneğin, beş milisaniye süren en parlak flaşlardan birinde, Güneşimizin bir ayda ürettiği kadar enerji yayılır. Fenomenin ölçeğini hayal etmek zor.

İlk radyo patlamaları ancak 15 yıl önce “keşfedildi”. Nisan 2020’ye kadar, gökbilimciler tarafından gözlemlenen tüm FRB’ler, yüz milyonlarca ışıkyılı kozmolojik mesafelerden geldi. Sadece iki yıl önce Galaksimizden kaynaklanan flaşları da takip etmeyi başardılar. Ekipman ve ilgili hassasiyet sınırı nedeniyle, araştırmacıların yalnızca Evrendeki en parlak nesneleri, en güçlü patlamaları gözlemleyebildiğini belirtmek önemlidir.

Fakülte Astronomi Enstitüsü’nden dr Marcin Gawronski, “FRB’ler şu anda çağdaş astrofizikteki en sıcak konulardan biri. 2007 yılında arşiv verilerinin gözden geçirilmesi sırasında tesadüfen keşfedildiler ve şu anda yoğun gözlem altındalar, hala büyük bir gizem.” Fizik, Astronomi ve Enformatik Bölümü Nicolaus Copernicus Üniversitesi (Torun, Polonya). “Şimdiye kadar toplanan sonuçlar, FRB fenomenini farklı sınıflara ayırmayı mümkün kılıyor, ancak bunların bir veya daha fazla ayrı fiziksel sürecin yayılımları olup olmadığını hala bulamadık.”

kozmik yakalama

Araştırmacılar, patlamalara neyin sebep olduğundan yüzde 100 emin değiller. Astrofizikçilerin, dünya dışı medeniyetlerin varlığı da dahil olmak üzere, oluşumlarını açıklayabilecek çeşitli hipotezleri vardır. Ancak şimdiye kadar magnetarların FRB’lerin kaynağı olduğu düşünülmüştür.

Dr Gawronski, “Magnetarlar, son derece güçlü manyetik alanlara sahip nötron yıldızlarıdır, süpernova patlamalarından sonra oluşurlar” diyor. “Şimdiye kadar bilim adamları FRB’lerden sorumlu oldukları konusunda hemfikirdiler. Neden? Çünkü bir FRB üretmek için, hızlı bir şekilde serbest bırakılabilen ve çeşitli işlemlerde kullanılabilen çok büyük miktarda enerjiye sahip olmak gerekir. Tek kaynak ya bir nötron yıldızı kümesinin manyetik alanları – bu magnetarlar – ya da kara deliklerin yerçekimi enerjisi.

Gökbilimciler, hızlı radyo patlamalarının, yüksek oranda manyetize edilmiş nötron yıldızlarının yakın çevresinde meydana gelen şiddetli süreçlerin sonucu olduğu konusunda hemfikir olsalar da, diğer kaynakların radyo dalgalarında tekrar tekrar gözlemlenebilirken, çoğunun neden tek sinyal olarak göründüğü hala belirsizdir. Bazı durumlarda, patlamalar ek olarak periyodik aktivite ile karakterize edilir, yani düzenli zaman aralıklarında meydana gelirler. Ancak bu, yalnızca gözlemlerin planlanmasında yardımcı olur.

Ayrıca astronomların FRB gözlemlerinde uğraşmak zorunda oldukları birkaç zorluk vardır. Dr Gawronski, “FRB etkinliğini incelemek çok zordur çünkü flaşlar rastgele olaylardır. Biraz balık tutmaya benziyor – bir olta atıp bekleriz. Bu yüzden radyo teleskopları kurduk ve sabırla beklememiz gerekiyor” diyor. “Başka bir problem, radyo teleskoplarının gökyüzünün oldukça geniş bir alanını ‘görmesi’, örneğin, Piwnice’deki bizimki, genellikle FRB gözlemleri için kullandığımız radyo bandında Ay’ın diskinin yarısının büyüklüğünde bir alanı kaplıyor. Birçok nesne var. Bu kadar geniş bir alanda, belirli bir flaşı tam olarak belirlemek zordur.Başka bir konu, bu tür gözlemler sırasında topladığımız çok büyük miktarda veridir – saniyede 4 gigabit’e kadar veri kaydedebiliriz, bu nedenle çok büyük depolama kapasitelerine ihtiyacımız var . Dolayısıyla, bir sonrakine yer açmak için bu verileri sürekli olarak işlemeli, analiz etmeli ve silmeliyiz.”

Gördüğünüz gibi, hızlı radyo patlamalarıyla bağlantılı birçok bulmaca ve zorluk var. Astrofizikçiler bu fenomeni açıklamak için modeller üzerinde çalışıyorlar, ancak Dr Marcin Gawroñski’nin de katıldığı son keşif, çözülmesi gereken başka bir gizemi daha getiriyor.

kozmik engizisyon

Geçen yıl, Dr Gawronski de dahil olmak üzere uluslararası bir gökbilimci grubu, radyo teleskoplarını M81 galaksisine yöneltti.

“Samanyolu’na benzeyen çok büyük ve bize yakın bir gökada — bizden yaklaşık 12 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunuyor, yazın hava güzel olduğunda onu normal bir dürbün seti ile görebilirsiniz ve örneğin, Hubble teleskobu ile içindeki tek yıldızları gözlemleyebilirsiniz,” diye açıklıyor dr Gawronski. “CHIME projesinden Kanadalılar bize bu galaksinin yakınında bir hızlı radyo patlaması kaynağı olduğunu ve dahası, bazı özelliklerinin bu nesnenin M81 ile ilgili olduğunu gösterdiğini söyledi. Bunun harika bir fırsat olacağını düşündük. FRB’leri özel olarak neyin oluşturduğunu bulmaya çalışmak için.”

Gözlemler, öncelikle PRECISE konsorsiyumunda çalışan araştırmacılar tarafından yapılmıştır.

“Bu, temel amacı FRB kaynaklarını bulmak, onlara olan mesafeleri tahmin etmek ve FRB’lerin yerleştirildiği ortamın özelliklerini incelemek olan bir araştırma ekibi. Bu şekilde, kaynakların evrimi hakkında bir şeyler söylemeye çalışabiliriz. hızlı patlamalar ve FRB nesnelerinin oluşturulduğu süreçlerin kendisi,” diyor dr Gawronski. “Bir bakıma, Avrupa radyo teleskoplarını bu konsorsiyum içinde standart gözlemler için ayrılan zamanın dışında toplamaya çalıştığımız için, EVN’ye (Avrupa Çok Uzun Temel İnterferometri Ağı – editörün notu) paralel hareket ediyoruz. Asronomi Enstitüsü, RT4 radyo teleskobuna aittir.”

Araştırmacılar çok şanslı. Radyo teleskoplarını ilk kez M81 galaksisinin yakınına doğrulttuklarında, bir dizi dört patlama buldular. İki tane daha yakalamaları uzun sürmedi. Ancak yeni bulgular araştırmacılar için bir sürpriz oldu.

“İlk sonuçları gördüğümüzde inanamadık ve ilk başta bir hesaplama hatası yaptığımızı bile düşündük. Yapmadığımız ortaya çıktı. Monty Python’un krokisindeki gibiydi ‘İspanyolları kimse beklemiyor. Engizisyon mahkemesi.’ Çünkü hiçbirimiz böyle bir şey beklemiyorduk” diyor Dr Gawronski.

Yaşlılar arasında bir genç mi?

İlk olarak, patlama küresel bir kümeden geldi. Böylece, ilk hayal kırıklığı başlangıçta geldi – bu tür bir küme çok sayıda yoğun şekilde paketlenmiş yıldızdan oluşuyor, bu nedenle Hubble yörüngesinin yardımıyla bile FRB’nin kaynağı olan belirli nesneyi belirlemek imkansızdı. teleskop. Daha da ilginci, küresel kümeler, 10 milyar yıl öncesine kadar oluşmuş çok eski yıldızlardan oluşur; bunlar galaksilerdeki en eski yıldız sistemleridir. Bu nedenle orada “genç” magnetar aramak boşunadır.

“Aklımıza pek çok soru geldi: Magnetar nereden geldi? Patlamaların kaynağının bu olması gerektiğini düşündük. Aslında magnetar orada olamazdı. Olsaydı da olamazdı. dr Gawronski, klasik bir şekilde, yani büyük bir yıldızın patlamasının ardından oluştuğunu,” diye açıklıyor dr Gawronski, “Bu tür büyük kütleli yıldızlar çok kısa bir süre yaşar ve oluşumlarından sonraki on milyonlarca yıllık tahmini bir süre içinde yaşamlarına son verirler. Süpernova patlaması adı verilen çok etkileyici bir fenomende. Yıldızların küresel kümelerde uzun süre oluşmadığı biliniyor, bu nedenle bir süpernova fenomeni sırasında orada yeni magnetarlar oluşamaz.”

Çok yakınımızda gezegenlerin yok olduğu yıldız savaşları olma olasılığını reddedersek – ve böyle bir hipotez, bilimkurgu filmlerinden doğrudan çıkmayabilir, çünkü birçok bilim adamı FRB’lerin tekno-imza olabileceğini hesaba katar – o zaman orada var. diğer birkaç hipotezdir.

“Teorik olarak, eski bir yıldızdan veya daha doğrusu beyaz cücenin patlamasından yeni bir magnetar doğmuş olabilir. Böyle bir fenomen, beyaz bir cücenin yoldaşını yavaşça “yediği” ve bir noktada bir ikili sistemde meydana gelebilir. , kararlı yapısının var olabileceği kütleyi aşıyor. Sonra bu kararsız cüce, bir magnetar gibi bir nötron yıldızının da oluşabileceği bir termonükleer patlamada patlar” diye açıklıyor dr Gawronski. “Ancak, bu o kadar basit bir açıklama değil: Eğer küresel bir kümede bir süpernova patlaması olduysa (ama büyük yıldızların ölümünden farklı bir türden), bu çok uzun zaman önce kozmik ölçekte gerçekleşmiş olmalı. Mevcut teorilere göre, magnetarlar doğumdan sonra sadece birkaç milyon yıl boyunca aktiftir.Böyle bir patlamanın etkileri veya kalıntıları bizim için fark edilebilir olmalıdır, ancak şu ana kadar hiçbir şey gözlemlenmedi.”

Diğer olası açıklama, iki kompakt, eski yıldızın (beyaz cüceler ve/veya nötron yıldızları) birleşmesi ve sözde kilonova fenomeninde genç bir nesnenin oluşumudur. Ancak, “yerel” Evrenimizde böyle bir olayın meydana gelme olasılığı oldukça düşüktür.

Gökbilimcilerin keşfi gizemli olduğu kadar ilginç. Şimdilik kesin olan bir şey var – patlamalar henüz tanınmayan bazı fenomenlerin sonucudur. Astrofizikçilerin çalışmaları, onun tanımlanmasına ve araştırılmasına katkıda bulunabilir. Sonuçlar dergide yayınlandı Doğa.

Torun’daki Nicolaus Copernicus Üniversitesi tarafından sağlandı