Ko so astronomi prvič opazili odkritje a Hitri radijski izbruhi (FRB) leta 2007 (aka Lorimer Burst ), oba sta bila presenečena in navdušena. Ta visokoenergetski izbruh radijskih impulzov, ki je trajal le nekaj milisekund, se je zdelo, da prihaja izven naše galaksije. Od takrat so astronomi v predhodno zabeleženih podatkih našli dokaze o številnih FRB in še vedno ugibajo, kaj jih povzroča.
Zahvaljujoč kasnejšim odkritjem in raziskavam astronomi zdaj vedo, da so FRB veliko pogostejši, kot se je prej mislilo. Pravzaprav, po mnenju a nova študija skupina raziskovalcev iz Harvard-Smithsonian centra za astrofiziko (CfA), se lahko FRB pojavijo enkrat na sekundo v opazovanem vesolju. Če je res, bi lahko bili FRB močno orodje za raziskovanje izvora in razvoja kozmosa.
Študija z naslovom ' Hitri radijski izbruh se zgodi vsako sekundo v opazovanem vesolju «, se je pred kratkim pojavila vThe Astrophysical Journal Letters. Študijo je vodila Anastasia Fialkov, podoktorska raziskovalka in sodelavka pri CfA's Inštitut za teorijo in računalništvo (ITC). Pridružila sta se ji profesor Abraham Loeb, direktor ITC in Frank B. Baird, Jr. profesor znanosti na Harvardu.
Kot smo omenili, so FRB-ji ostali nekaj skrivnosti, odkar so bili prvič odkriti. Ne samo, da njihovi vzroki ostajajo neznani, marsikaj o njihovi pravi naravi še vedno ni razumljeno. Kot je povedal dr. Fialkov po elektronski pošti Universe Today:
»FRB (ali hitri radijski izbruhi) so astrofizični signali nedoločene narave. Opaženi izbruhi so kratki (ali milisekundno trajanje), svetli impulzi v radijskem delu elektromagnetnega spektra (pri frekvencah GHz). Do zdaj smo opazili le 24 izbruhov in še vedno ne vemo zagotovo, kateri fizični procesi jih sprožijo. Najbolj verjetna razlaga je, da jih sprožijo vrteče se magnetizirane nevtronske zvezde. Vendar je treba to teorijo potrditi.'
Za svojo študijo sta se Fialkov in Loeb opirala na opazovanja ponavljajočega se hitrega radijskega izbruha, znanega kot FRB 121102 . Ta FRB so leta 2012 prvič opazili raziskovalci z uporabo radijski teleskop Arecibo v Portoriku in je od takrat potrjeno prihaja iz galaksije, ki je oddaljena 3 milijarde svetlobnih let v smeri Voznik ozvezdja .
Odkar je bil odkrit, so bili odkriti dodatni izbruhi, ki prihajajo z njegove lokacije, zaradi česar je FRB 121102 edini znani primer ponavljajočega se FRB. Ta ponavljajoča se narava je tudi omogočila astronomom, da izvedejo podrobnejše študije o njej kot kateri koli drug FRB. Kot je profesor Loeb povedal Universe Today po e-pošti, so zaradi teh in drugih razlogov postal idealna tarča za njihovo študijo:
»FRB 121102 je edini FRB, za katerega sta bili identificirani galaksija gostiteljica in razdalja. Je tudi edini ponavljajoči se vir FRB, iz katerega smo do zdaj zaznali na stotine FRB. Radijski spekter njegovih FRB je osredotočen na značilno frekvenco in ne pokriva zelo širokega pasu. To ima pomembne posledice za zaznavnost takšnih FRB, saj je treba radijski observatorij, da bi jih našel, prilagoditi na njihovo frekvenco.
Slika neba, kjer je bil najden radijski izbruh FRB 121102, v ozvezdju Auriga. Njegovo lokacijo lahko vidite z zelenim krogom. Na levi strani je ostanek supernove S147, na desni pa območje nastanka zvezd, imenovano IC 410. Zasluge: Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com)
Na podlagi tega, kar je znano o FRB 121102, sta Fialkov in Loeb izvedla vrsto izračunov, ki so domnevali, da je njegovo vedenje reprezentativno za vse FRB. Nato so predvideli, koliko FRB-jev bo obstajalo na celotnem nebu, in ugotovili, da bi se v opazovanem vesolju FRB verjetno odvijal enkrat na sekundo. Kot je pojasnil dr. Fialkov:
»Ob predpostavki, da FRB proizvajajo galaksije določene vrste (npr. podobno kot FRB 121102), lahko izračunamo, koliko FRB-jev mora proizvesti vsaka galaksija, da pojasni obstoječa opazovanja (tj. 2000 na nebo na dan). Glede na to številko lahko sklepamo o stopnji proizvodnje za celotno populacijo galaksij. Ta izračun kaže, da se FRB pojavi vsako sekundo ob upoštevanju vseh šibkih dogodkov.'
Čeprav natančna narava in izvor FRB še vedno nista znana - predlogi vključujejo vrtljive nevtronske zvezde in celo inteligenco nezemljanov! – Fialkov in Loeb navajata, da bi jih lahko uporabili za preučevanje strukture in razvoja vesolja. Če se res pojavljajo s tako redno frekvenco po vesolju, bi lahko bolj oddaljeni viri delovali kot sonde, na katere bi se astronomi nato zanašali, da bi odkrili globine vesolja.
Na primer, na velikih kozmičnih razdaljah obstaja velika količina vmesnega materiala, ki astronomom otežuje preučevanje Kozmično mikrovalovno ozadje (CMB) – preostalo sevanje iz Velikega poka. Študije tega vmesnega materiala bi lahko privedle do novih ocen o tem, kako gost je prostor – to je, koliko ga sestavljajo navadna snov, temna snov in temna energija – in kako hitro se širi.
Sestavljena slika Gemini polja okoli FRB 121102, edinega ponavljajočega se FRB, odkritega do zdaj. Zasluge: Gemini Observatory/AURA/NSF/NRC
In kot je navedel prof. Loeb, bi lahko FRB uporabili tudi za raziskovanje trajnih kozmoloških vprašanj, na primer, kako se je končala »temna doba« vesolja:
'FRB se lahko uporabi za merjenje stolpca prostih elektronov proti njihovemu viru. To se lahko uporabi za merjenje gostote običajne snovi med galaksijami v današnjem vesolju. Poleg tega je mogoče FRB v zgodnjih kozmičnih časih uporabiti, da ugotovimo, kdaj je ultravijolična svetloba prvih zvezd razbila primordialne atome vodika, ki so ostali od velikega poka, na njihove sestavne elektrone in protone.
'Temna doba', ki se je zgodila med 380.000 in 150 milijoni let po Veliki pok , je bila značilna 'megla' vodikovih atomov, ki delujejo s fotoni. Posledica tega je, da naši trenutni instrumenti ne zaznajo sevanja tega obdobja. Trenutno znanstveniki še vedno poskušajo razrešiti, kako je vesolje naredilo prehod med temi 'temnimi dobami' in naslednjimi obdobji, ko je bilo vesolje napolnjeno s svetlobo.
To obdobje 'reionizacije', ki se je zgodilo 150 milijonov do 1 milijardo let po velikem poku, je bilo, ko so nastale prve zvezde in kvazarji. Na splošno velja, da je UV svetloba iz prvih zvezd v vesolju potovala navzven, da bi ionizirala vodikov plin (s čimer je razčistila meglo). A nedavna študija je tudi predlagal, da so črne luknje, ki so obstajale v zgodnjem vesolju, ustvarile potrebne 'vetrove', ki so temu ionizirajočemu sevanju omogočili, da uide.
V ta namen bi lahko uporabili FRB za sondiranje tega zgodnjega obdobja vesolja in ugotovili, kaj je razbilo to 'meglo' in omogočilo, da svetloba uide. Preučevanje zelo oddaljenih FRB bi lahko znanstvenikom omogočilo, da preučijo, kje, kdaj in kako se je zgodil ta proces 'reionizacije'. V prihodnosti sta Fialkov in Loeb pojasnila, kako bodo bodoči radijski teleskopi lahko odkrili številne FRB.
Načrtovani kvadratni kilometer Array bo največji radijski teleskop na svetu, ko bo začel delovati leta 2018. Zasluge: SKA
'Prihodnji radijski observatoriji, kot je Square Kilometer Array, bodo dovolj občutljivi za zaznavanje FRB iz prve generacije galaksij na robu opazljivega vesolja,' je dejal prof. Loeb. 'Naše delo zagotavlja prvo oceno števila in lastnosti prvih utripov radijskih valov, ki so zasvetili v otroškem vesolju.'
In potem je tu še Kanadski eksperiment s preslikavo intenzivnosti vodika (CHIME) na pri Radioastrofizični observatorij Dominion v Britanski Kolumbiji, ki je pred kratkim začela delovati. Ti in drugi instrumenti bodo služili kot zmogljiva orodja za odkrivanje FRB, ki bi jih lahko uporabili za ogled prej nevidnih regij časa in prostora ter odklepanje nekaterih najglobljih kozmoloških skrivnosti.
»Ugotovili smo, da naj bi teleskop naslednje generacije (z veliko boljšo občutljivostjo od obstoječih) videl veliko več FRB, kot je danes,« je dejal dr. Fialkov. 'To bi omogočilo opredelitev populacije FRB in opredelitev njihovega izvora. Razumevanje narave FRB bo velik preboj. Ko so lastnosti teh virov znane, se lahko FRB uporabljajo kot kozmični svetilniki za raziskovanje vesolja. Ena od aplikacij je preučevanje zgodovine reionizacije (kozmični fazni prehod, ko so medgalaktični plin ionizirale zvezde).
To je navdihnjena misel, ki uporablja naravne kozmične pojave kot raziskovalno orodje. V tem pogledu je uporaba FRB-jev za sondiranje najbolj oddaljenih predmetov v vesolju (in kolikor je le mogoče nazaj v času) podobna uporabi kvazarjev kot navigacijskih svetilnikov. Na koncu nam izboljšanje znanja o vesolju omogoča, da ga raziščemo več.
Nadaljnje branje: CfA , Astrophysical Journal Letters