Hurtig radioudbrud knyttet til en fjern dværggalakse, og måske magnetar

Et af de sjældne og korte udbrud af kosmiske radiobølger, der har undret astronomer siden de først blev opdaget for næsten 10 år siden, er endelig blevet knyttet til en kilde:en ældre dværggalakse mere end 3 milliarder lysår fra Jorden.

Hurtige radioudbrud, som blinker i nogle få millisekunder, skabte opsigt blandt astronomer, fordi de syntes at komme uden for vores galakse, hvilket betyder, at de skulle være meget kraftfulde for at blive set fra Jorden, og fordi ingen af ​​de først observerede nogensinde blev set igen.

Et gentaget udbrud blev opdaget i 2012, imidlertid, giver en mulighed for et team af forskere gentagne gange at overvåge sit område af himlen med Karl Jansky Very Large Array i New Mexico og Arecibo radiofadet i Puerto Rico, i håb om at lokalisere dens placering.

Takket være udviklingen af ​​high-speed data registrering og real-time data analyse software af et University of California, Berkeley, astronom, VLA registrerede sidste år i alt ni bursts over en periode på en måned, tilstrækkelig til at lokalisere det inden for en tiendedel af en buesekund. Efterfølgende, større europæiske og amerikanske radiointerferometer-arrays fandt det inden for en hundrededel af en buesekund, inden for en region omkring 100 lysår i diameter.

Dyb billeddannelse af denne region ved Gemini North Telescope på Hawaii viste en optisk svag dværggalakse, som VLA efterfølgende opdagede, udsender også kontinuerligt lavbølge radiobølger, typisk for en galakse med en aktiv kerne, der måske er tegn på et centralt supermassivt sort hul. Galaksen har en lav overflod af andre elementer end hydrogen og helium, tyder på en galakse, der dannede sig i universets middelalder.

Oprindelsen til et hurtigt radioudbrud i denne type dværggalakser antyder en forbindelse til andre energiske begivenheder, der forekommer i lignende dværggalakser, sagde medforfatter og UC Berkeley-astronomen Casey Law, der ledede udviklingen af ​​dataindsamlingssystemet og skabte analysesoftwaren til at søge efter hurtige, engangsudbrud.

Ekstremt lyse eksploderende stjerner, kaldet superluminøse supernovaer, og lange gammastråleudbrud forekommer også i denne type galakser, bemærkede han, og begge antages at være forbundet med massiv, stærkt magnetiske og hurtigt roterende neutronstjerner kaldet magnetarer. Neutronstjerner er tætte, kompakte objekter skabt i supernovaeksplosioner, mest set som pulsarer, fordi de udsender periodiske radioimpulser, mens de spinder.

"Alle disse tråde peger på tanken om, at i dette miljø, noget genererer disse magnetarer, "Loven sagde." Det kunne være skabt af en superluminøs supernova eller et langt gammastråleudbrud, og så senere, som det udvikler sig og dets rotation bremser en smule, det producerer disse hurtige radioudbrud samt kontinuerlig radioemission drevet af denne spindown. Senere i livet, det ligner de magnetarer, vi ser i vores galakse, som har ekstremt stærke magnetfelter, men roterer mere som almindelige pulsarer. "

I den fortolkning, han sagde, hurtige radioudbrud er som raserianfald fra et lille barn.

Dette er kun en teori, imidlertid. Der er mange andre, selvom de nye data udelukker flere foreslåede forklaringer på kilden til disse bursts.

"Vi er de første til at vise, at dette er et kosmologisk fænomen. Det er ikke noget i vores baghave. Og vi er de første til at se, hvor dette sker, i denne lille galakse, hvilket jeg synes er en overraskelse, "Lov sagde." Nu er vores mål at finde ud af, hvorfor det sker. "

Lov, teamleder Shami Chatterjee fra Cornell University og andre astronomer på teamet vil præsentere deres resultater i dag på mødet i American Astronomical Society i Grapevine, Texas, i det videnskabelige tidsskrift Natur , og i to ledsagende papirer, der skal vises i Astrofysiske journalbreve .

Leder efter forbigående

Hurtige radioudbrud er meget energiske - men ikke energiske nok til at sprænge en stjerne fra hinanden - og meget kortvarige, varer et til fem millisekunder. Disse udbrud af radiobølger er forblevet et mysterium, siden den første blev opdaget i 2007 af forskere, der skurede arkiverede data fra Australiens Parkes radioteleskop på jagt efter nye pulsarer. Udbruddet, de fandt, fandt sted i 2001.

Der er nu 18 kendte hurtige radioudbrud, alle opdaget ved hjælp af enkeltfasede radioteleskoper, der ikke er i stand til at lokalisere objektets placering med tilstrækkelig præcision til, at andre observatorier kan identificere dets værtsmiljø eller finde det ved andre bølgelængder. Den første og eneste kendte gentagne burst, navngivet FRB 121102, blev opdaget i stjernebilledet Auriga i november 2012 ved Arecibo -observatoriet i Puerto Rico, og er gentaget flere gange.

Law har arbejdet i de sidste par år på metoder til hurtigt at finde forbigående radioudbrud som disse, som kræver indsamling af cirka en terabyte data hver time. På VLA, han bruger i øjeblikket 24 computer centrale processorenheder (CPU'er) parallelt, både for at optage og søge data efter korte radioudbrud.

"Det overordnede tema, først med Allen Telescope Array og nu med VLA, er at bruge disse interferometre som højhastighedskameraer, tager teleskopets følsomme billeddannelse skrue op for datahastigheden og forbedre vores algoritmer for at få adgang til disse millisekunders tidsskala-transienter, "sagde han." Vi pressede virkelig hårdt på for at fange denne datastream på terabyte i timen pålideligt og oprettede en platform i realtid til at udtrække disse meget svage hurtige bursts fra den massive datastream. "

Den første burst blev fundet i dataene få timer efter, at den blev registreret den 23. august, Lov sagde.

"Vi observerede i cirka 40 timer tidligere sidste år og så ingenting, "sagde han." Så startede vi en ny kampagne i efteråret 2016, og i vores første observation så vi en. Derefter observerede vi i yderligere 40 timer eller deromkring og så otte flere bursts. Så denne ting blev pludselig tændt. "

Law håber snart at skifte til 64 dedikerede og mere kraftfulde GPU'er - grafikbehandlingsenheder - så analyse i realtid er mulig.

Mens Law har sin kæledyrshypotese om oprindelsen til hurtige radioudbrud - en magnetar omgivet af enten materiale, der skubbes ud af en supernovaeksplosion eller materiale, der skubbes ud af en resulterende pulsar - er der andre muligheder. Et alternativ er galaksens aktive kerne, med radioemission fra stråler af materiale, der udsendes fra området omkring et supermassivt sort hul. Kilden til det hurtige radioudbrud er inden for 100 lysår efter de kontinuerlige radioemissioner fra galaksens kerne, tyder på, at de er ens eller fysisk forbundet med hinanden.

"At finde værtsgalaksen for denne FRB, og dens afstand, er et stort skridt fremad, men vi har stadig meget mere at gøre, før vi fuldt ud forstår, hvad disse ting er, "Sagde Chatterjee.

Andre medlemmer af teamet er National Radio Astronomy Observatory, en facilitet fra National Science Foundation, der drives under en samarbejdsaftale af associerede universiteter, Inc .; West Virginia University; McGill University i Montreal, Canada; og det nederlandske institut for radioastronomi.