Άγνωστη φύση των κοσμικών ραδιοεκρήξεων

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Ένα από τα πιο μυστηριώδη κοσμικά φαινόμενα είναι οι γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις. Πρόκειται για μικρά ραδιοσήματα διάρκειας πολλών χιλιοστών του δευτερολέπτου άγνωστης φύσης, που προκύπτουν από την απελευθέρωση τεράστιας ποσότητας ενέργειας. Πάνω από μια δεκαετία έχει περάσει από την ανακάλυψή τους, αλλά οι αστροφυσικοί εξακολουθούν να προσπαθούν να καταλάβουν τους μηχανισμούς εμφάνισής τους. Οι ερευνητές αναφέρουν αστέρια νετρονίων, μαύρες τρύπες, ακόμη και πομπούς εξωγήινων πολιτισμών ως πιθανές πηγές.

Μυστήρια σήματα

Με γρήγορες ραδιοεκρήξεις, σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, απελευθερώνεται τόση ενέργεια όση έχει εκπέμψει ο Ήλιος για αρκετές δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Η κύρια υπόθεση είναι ότι προκαλούνται από καταστροφικά γεγονότα, όπως η συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων, μια λάμψη από την εξάτμιση μιας μαύρης τρύπας ή η μετατροπή ενός πάλσαρ σε μαύρη τρύπα. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, πίστευαν ότι οι ραδιοφωνικές εκρήξεις μπορούν να συμβούν μόνο μία φορά, αλλά το 2015 ανακαλύφθηκε ότι η προηγουμένως ηχογραφημένη γρήγορη ραδιοφωνική έκρηξη FRB 121102 επαναλαμβάνεται με μη περιοδικό τρόπο.

Το FRB 121102 βρίσκεται σε έναν νάνο γαλαξία που απέχει τρία δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη και για αρκετά χρόνια παρέμεινε η μόνη γνωστή πηγή επαναλαμβανόμενων ραδιοφωνικών εκρήξεων, παρά τις προσεκτικές αναζητήσεις. Ωστόσο, τον Ιανουάριο του 2019, ένα άρθρο επιστημόνων από την καναδική συνεργασία CHIME εμφανίστηκε στο περιοδικό Nature, στο οποίο αναφέρθηκε η επανεγγραφή σημάτων από άλλη πηγή - 180814. J0422 + 73. Το συμβολομετρικό ραδιοτηλεσκόπιο CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) έχει καταγράψει έξι γρήγορες ραδιοεκρήξεις που προήλθαν από έναν γαλαξία 1,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

Τα σήματα στη δομή συχνοτήτων και τα φασματικά τους χαρακτηριστικά έμοιαζαν με τα σήματα από το FRB 121102, γεγονός που υποδεικνύει έναν παρόμοιο μηχανισμό σχηματισμού τους και την ίδια φύση της πηγής. Η ανακάλυψη υποδηλώνει την ύπαρξη ενός ξεχωριστού τύπου γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων, οι οποίες δεν μπορούν να προκληθούν από καταστροφικά γεγονότα ακριβώς λόγω της επανεμφάνισής τους.

Σιωπηλός γαλαξίας

Τον Αύγουστο του 2019, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων εντόπισε για πρώτη φορά την πηγή μιας γρήγορης ραδιοφωνικής έκρηξης FRB 180924, η οποία προήλθε από έναν γαλαξία τεσσάρων δισεκατομμυρίων ετών φωτός μακριά.

Χρησιμοποιώντας το ραδιοσυμβολόμετρο ASKAP που βρίσκεται στην Αυστραλία, οι αστρονόμοι προσδιόρισαν τη θέση της πηγής FRB και στη συνέχεια υπολόγισαν την απόσταση από αυτήν αναλύοντας δεδομένα από τα επίγεια οπτικά τηλεσκόπια Gemini, Keck και VLT. Αποδείχθηκε ότι η ραδιοεκλάμψη εμφανίστηκε σε έναν τεράστιο γαλαξία στο μέγεθος του Γαλαξία, 13 χιλιάδες έτη φωτός από το κέντρο του. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του γαλαξία είναι η απουσία διεργασιών για τη γέννηση νέων άστρων.

Αυτό έρχεται σε αντίθεση με το επαναλαμβανόμενο σήμα FRB 121102, το οποίο βρίσκεται στην περιοχή σχηματισμού ενεργών αστεριών. Έτσι, οι μεμονωμένες και επαναλαμβανόμενες γρήγορες εκρήξεις ραδιοφώνου πρέπει να έχουν διαφορετική προέλευση. Στην περίπτωση του FRB 121102, το ραδιοσήμα φαινόταν να περνά μέσα από ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο γύρω από ένα μαγνητάρι, έναν ειδικό τύπο αστέρα νετρονίων.

Σύντομα, αστρονόμοι στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνια στις Ηνωμένες Πολιτείες ανέφεραν την ανακάλυψη μιας άλλης γρήγορης ραδιοέκρηξης FRB 190523, η οποία συνέβη επίσης σε ένα σχετικά ήρεμο περιβάλλον - σε έναν γαλαξία που είναι ανάλογος με τον Γαλαξία και απέχει 7,9 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.

Και οι δύο αυτές ανακαλύψεις διαψεύδουν ότι γρήγορες ραδιοεκρήξεις μπορούν να συμβούν μόνο σε νεαρούς νάνους γαλαξίες που περιέχουν μεγάλο αριθμό μαγνητών.

Οκτώ δίδυμα

Τον Αύγουστο του 2019, ένα άρθρο της καναδικής συνεργασίας CHIME εμφανίστηκε στο αποθετήριο προεκτύπωσης του arXiv.org, το οποίο ανέφερε την ανίχνευση οκτώ επαναλαμβανόμενων ραδιοφωνικών σημάτων. Δύο πηγές ραδιοφωνικών σημάτων - FRB 180916 και FRB 181119 - αναβοσβήνουν περισσότερες από δύο φορές (δέκα και τρεις φορές, αντίστοιχα), οι υπόλοιπες έστειλαν επαναλαμβανόμενα ραδιοφωνικά σήματα μόνο μία φορά, με τη μεγαλύτερη παύση μεταξύ εγγραφής ραδιοκυμάτων να είναι 20 ώρες. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό μπορεί να υποδηλώνει ότι πολλά FRB είναι στην πραγματικότητα επαναλαμβανόμενα, αλλά μερικά είναι πιο ενεργά από άλλα.

Οι περισσότερες από τις οκτώ νέες γρήγορες εκρήξεις ραδιοφώνου εμφάνισαν μείωση της συχνότητας σήματος με κάθε επαναλαμβανόμενη έκρηξη, κάτι που μπορεί να είναι το κλειδί για την κατανόηση του μηχανισμού που προκαλεί αυτά τα φαινόμενα. Επιπλέον, το FRB 180916 έχει τους χαμηλότερους ρυθμούς διασποράς σήματος, υποδεικνύοντας τη σχετική εγγύτητα της πηγής με τη Γη. Θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στον προσδιορισμό της φύσης της ραδιοέκρηξης, κατέληξαν οι ερευνητές.

αστέρια της κόλασης

Στα τέλη του καλοκαιριού του 2019, επιστήμονες στο Εθνικό Κέντρο Ραδιοαστροφυσικής στην Ινδία ανέφεραν ότι τα μαγνητάρια εξακολουθούν να είναι μία από τις πιο πιθανές πηγές γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων (τουλάχιστον επαναλαμβανόμενες).

Το ανώμαλο magnetar XTE J1810-197 παρατηρήθηκε με το Giant Metrewave Radio Telescope. Καταγράφηκαν παλμοί ραδιοεκπομπής χιλιοστού του δευτερολέπτου, που μοιάζουν με λάμψεις από επαναλαμβανόμενες FRB 180814. J0422 + 73.

Αυτός ο μαγνήτης βρίσκεται 10 χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη. Ανακαλύφθηκε το 2003 και σταδιακά σταμάτησε να εκπέμπει ραδιοφωνικές εκπομπές το 2008. Ωστόσο, το 2018, σημειώθηκε ένα νέο ξέσπασμα σε αυτό, το οποίο επίσης άρχισε σταδιακά να εξασθενεί. Είναι ενδιαφέρον ότι τα μαγνητάρια συνήθως δεν εκπέμπουν ραδιοεκπομπές και το XTE J1810-197 ήταν η πρώτη πηγή ραδιοεκπομπής αυτού του είδους. Η σπανιότητα αυτού του αντικειμένου, όπως οι επαναλαμβανόμενες ραδιοφωνικές εκρήξεις, έχει οδηγήσει τους επιστήμονες να πιστεύουν ότι και τα δύο φαινόμενα μπορεί να σχετίζονται μεταξύ τους.

Θορυβώδης τρύπα

Τον Σεπτέμβριο του 2019, Κινέζοι αστρονόμοι ανέφεραν ότι είχαν εντοπίσει νέες γρήγορες επαναλαμβανόμενες ραδιοεκρήξεις (FRB) από το FRB 121102. Τα σήματα εντοπίστηκαν με ένα ραδιοτηλεσκόπιο FAST 500 μέτρων με δέκτη 19 ακτίνων στην επαρχία Guizhou. Από τα τέλη Αυγούστου έως τον Σεπτέμβριο, καταγράφηκαν περισσότερες από 100 αιχμές, αριθμός ρεκόρ μεταξύ όλων των καταγεγραμμένων FRB.

Μέχρι εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες άρχισαν να υποθέτουν ότι το FRB 121102 είναι μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που υπερβαίνει τη μάζα του Ήλιου κατά 10-100 εκατομμύρια φορές και δημιουργεί ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, και ένα αστέρι νετρονίων ή ένα πλάσμα που επηρεάζεται από την τρύπα θα μπορούσε να είναι το άμεσο. πηγή φωτοβολίδων. Μια άλλη πιθανή εξήγηση είναι ότι το FRB 121102 είναι ένα μαγνητισμένο πλήριο, ένα νεφέλωμα που τροφοδοτείται από τον αστρικό άνεμο από ένα πάλσαρ.

Ενώ οι γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις παραμένουν ανεξήγητες μέχρι στιγμής, πολλά δεδομένα παρουσιάστηκαν στην επιστημονική κοινότητα το 2019 που φέρνουν τους αστρονόμους πιο κοντά στη λύση. Αποδείχθηκε ότι τα FRB μπορούν να επαναληφθούν, και πιθανότατα το κάνουν πολύ συχνά. Σε αυτή την περίπτωση, δημιουργούνται από μάλλον εξωτικά αντικείμενα όπως αστέρια νετρονίων (πάλσαρ και μαγνήτες), που βρίσκονται σε κατάλληλο διαστρικό μέσο. Οι μεμονωμένες εκρήξεις συμβαίνουν σε λιγότερο τυρβώδεις συνθήκες: γαλαξίες όπου ο σχηματισμός άστρων είναι πολύ αργός. Τέτοια φαινόμενα, πιθανότατα, συμβαίνουν πραγματικά λόγω καταστροφικών διεργασιών.