Hurtigt radioudbrud lokaliseret til en fjern galakse

Hurtige radioudbrud (FRB'er) er blandt de mest gådefulde og magtfulde begivenheder i kosmos. Omkring 80 af disse begivenheder – intenst lyse millisekunder lange udbrud af radiobølger, der kommer fra hinsides vores galakse – er blevet set indtil videre, men deres årsager forbliver ukendte.

I en sjælden bedrift, forskere ved Caltechs Owens Valley Radio Observatory (OVRO) har nu fanget et nyt udbrud, kaldet FRB 190523, og, sammen med W. M. Keck Observatory på Hawaii, har udpeget dens oprindelse til en galakse 7,9 milliarder lysår væk. At identificere de galakser, hvorfra disse radioudbrud bryder ud, er et kritisk skridt mod at løse mysteriet om, hvad der udløser dem.

Et papir om opdagelsen udkommer online den 2. juli i Natur .

Før denne nye opdagelse, kun en anden bristede, kaldet FRB 121102, var blevet lokaliseret til en værtsgalakse. FRB 121102 blev rapporteret i 2014 og senere, i 2017, blev udpeget til en galakse, der lå 3 milliarder lysår væk. For nylig, en anden lokaliseret FRB blev annonceret den 27. juni, 2019. Kaldet FRB 180924, dette udbrud blev opdaget af et hold, der brugte Australian Square Kilometer Array Pathfinder og sporet til en galakse omkring 4 milliarder lysår væk.

FRB 121102 var nemmest at finde, fordi den fortsætter med at briste med få ugers mellemrum. De fleste FRB'er, dog – inklusive de australske og OVRO-fundene – bare gå af én gang, gør arbejdet med at finde deres værtsgalakser sværere.

"At finde placeringen af ​​de engangs-FRB'er er udfordrende, fordi det kræver et radioteleskop, der både kan opdage disse ekstremt korte begivenheder og lokalisere dem med opløsningskraften fra en kilometer bred radioskål, " siger Vikram Ravi, en ny assisterende professor i astronomi ved Caltech, der arbejder med radioteleskoperne på OVRO, som ligger øst for Sierra Nevada-bjergene i Californien.

"Hos OVRO, vi byggede en ny række af ti 4,5-meter skåle, der tilsammen fungerer som en kilometer bred skål til at dække et område på himlen på størrelse med 150 fuldmåner, " siger han. "For at gøre dette, et kraftfuldt digitalt system indtager og behandler en mængde data svarende til en DVD hvert sekund."

Det nye OVRO-instrument kaldes Deep Synoptic Array-10, med "10" refererer til antallet af retter. Dette array fungerer som et springbræt for det planlagte Deep Synoptic Array (DSA), finansieret af National Science Foundation (NSF), hvilken, når færdig i 2021, vil i sidste ende bestå af 110 radioretter.

"DSA forventes at opdage og lokalisere mere end 100 FRB'er om året, " siger Richard Barvainis, programdirektør ved NSF for Mid-Scale Innovations Program, som finansierer opførelsen af ​​DSA. "Astronomer har jagtet FRB'er i et årti nu, og vi tegner endelig en perle på dem med nye instrumenter som DSA-10 og, til sidst, den fulde DSA. Nu har vi en chance for at finde ud af, hvad disse eksotiske objekter kan være."

De nye observationer viser, at værtsgalaksen for FRB 190523 ligner vores Mælkevej. Dette er en overraskelse, fordi den tidligere lokaliserede FRB 121102 stammer fra en dværggalakse, der danner stjerner mere end hundrede gange hurtigere end Mælkevejen.

"Dette fund fortæller os, at hver galakse, selv en galakse som vores Mælkevej, kan generere en FRB, " siger Ravi.

Opdagelsen tyder også på, at en førende teori for, hvad der forårsager FRB'er - udbrud af plasma fra unge, højmagnetiske neutronstjerner, eller magnetarer – skal måske gentænkes.

"Teorien om, at FRB'er kommer fra magnetarer, blev delvist udviklet, fordi den tidligere FRB 121102 kom fra et aktivt stjernedannende miljø, hvor unge magnetarer kan dannes i supernovaer af massive stjerner, " siger Ravi. "Men værtsgalaksen FRB 190523 er mere blød i sammenligning. "

Ultimativt, at løse mysteriet med FRB'er, astronomer håber at afsløre flere eksempler på deres værtsgalakser.

"Med den fulde Deep Synoptic Array, vi vil finde og lokalisere FRB'er med få dages mellemrum, " siger Gregg Hallinan, direktøren for OVRO og professor i astronomi ved Caltech. "Dette er en spændende tid for FRB-opdagelser."

Forskerne siger også, at FRB'er kan bruges til at studere mængden og fordelingen af ​​stof i vores univers, som vil fortælle os mere om de miljøer, hvori galakser dannes og udvikler sig. Mens radiobølger fra FRB'er går mod Jorden, mellemliggende stof får nogle af bølgelængderne til at rejse hurtigere end andre; bølgelængderne bliver spredt på samme måde, som et prisme spreder lys fra hinanden til en regnbue. Mængden af ​​spredning fortæller astronomerne nøjagtigt, hvor meget stof der er mellem FRB-kilderne og Jorden.

"Det meste stof i universet er diffust, hed, og uden for galakser, " siger Ravi. "Denne tilstand af materie, selvom det ikke er mørkt, ' er svært at observere direkte. Imidlertid, dens virkninger er tydeligt præget på hver FRB, inklusive den, vi opdagede på så stor afstand."