Det himmelskes gåde brister

Denne kosmiske lynstorm sker overalt omkring os. Et sted på den jordiske himmel, der er en puls, der blinker og slukker i næste øjeblik. Disse udbrud, som skal måles med radioteleskoper og vare en tusindedel af et sekund, er et af astrofysikkens største mysterier. Forskere tvivler på, at militante rumvæsener kæmper mod "Star Wars" i det store rum. Men hvor kommer disse fænomener - kaldet "hurtige radioudbrud" af eksperterne - fra?

I byen Parkes, gigantisk gitternetskål stiger op i himlen. I 2001 dette radioteleskop med en diameter på 64 meter (engang det største fuldt mobile radioteleskop på den sydlige halvkugle) registrerede et mystisk radioudbrud - og ingen lagde mærke til det! Det var først fem år senere, at astrofysiker Duncan Lorimer og hans elev David Narkevic fandt signaturen af ​​signalet i teleskopdataene mere eller mindre tilfældigt. Selv da, specialisterne kunne ikke forstå fænomenet. Men dette var ikke det eneste "Lorimer-udbrud".

"Vi kender nu mere end hundrede, " siger Laura Spitler. Siden marts 2019, forskeren har stået i spidsen for en Lise Meitner-gruppe om dette emne på Max Planck Institute for Radio Astronomy. Spitler har dedikeret sig til disse flygtige flimmer i rummet i mange år. Under hendes ledelse, et internationalt hold opdagede det første hurtige radioudbrud (FRB) på den nordlige himmelsfære i Fuhrmann-stjernebilledet i 2014. Astronomer havde brugt parabolen fra Arecibo-teleskopet på Puerto Rico. antennen, som måler 305 m i diameter, er solidt forankret i en naturlig dal og kan kun fokusere på en relativt lille del af himmelhvælvingen.

"Statistisk set, der skulle kun være syv udbrud i minuttet spredt ud over himlen. Det kræver derfor meget held at justere dit teleskop til den rigtige position på det rigtige tidspunkt, " sagde Spitler efter opdagelsen blev annonceret. Både egenskaberne af radioudbrud og deres frekvens afledt af målingerne var i høj overensstemmelse med, hvad astronomer havde fundet ud af om alle de tidligere observerede udbrud.

Faktisk, statistiske antagelser blev bekræftet; ifølge disse, ca. 10, 000 af disse usædvanlige kosmiske fænomener mentes at blusse op på den jordiske himmelhvælving hver dag. Det overraskende store antal stammer fra beregninger af, hvor meget af himlen, der skal observeres og hvor længe for at forklare de forholdsvis få opdagelser, der er gjort indtil videre.

Arecibo-målingen fjernede også den sidste tvivl om, hvorvidt radioudbruddene virkelig kom fra universets dyb. Efter de første registrerede udbrud, videnskabsmænd konkluderede, at de blev genereret i et område langt uden for Mælkevejen. Dette blev udledt af en effekt kaldet plasmadispersion. Når radiosignaler rejser en lang afstand gennem universet, de støder på adskillige frie elektroner placeret i rummet mellem stjernerne.

Ultimativt, hastigheden af ​​udbredelse af radiobølger ved lavere frekvenser falder på en karakteristisk måde. For eksempel, under det førnævnte strålingsudbrud opdaget med Arecibo-teleskopet, denne spredning var tre gange større end man kunne forvente fra en kilde i Mælkevejen. Hvis kilden var placeret i galaksen, interstellart stof ville bidrage med omkring 33% for Arecibo-kilden.

Men hvad er oprindelsen til radioudbruddene? Astrofysikerne har designet forskellige scenarier, alle mere eller mindre eksotiske. Mange af dem kredser om neutronstjerner. Dette er resterne af massive eksplosioner af massive sole som supernovaer, kun 30 km i størrelse. På disse områder, stof er så tæt pakket, at på jorden, en teskefuld af dens stof ville veje omtrent lige så meget som Zugspitze-massivet. Neutronstjernerne roterer hurtigt rundt om deres akser. Nogle af dem har usædvanligt stærke magnetfelter.

For eksempel, hurtige radioudbrud kan forekomme under en supernova – men også under fusionen af ​​to neutronstjerner i et tæt binært stjernesystem – når de to individuelle stjerners magnetfelter kollapser. Ud over, en neutronstjerne kunne kollapse længere ind i et sort hul, udsender et udbrud.

Disse videnskabelige scripts lyder plausible ved første øjekast. Imidlertid, de har én fejl:De forudsiger kun et radioudbrud ad gangen. "Hvis blitzen blev genereret i en katastrofal begivenhed, der ødelægger kilden, kun et udbrud pr. kilde kan forventes, " siger Laura Spitler. Ja, i de første år, der var altid enkelte udbrud – indtil i 2014 gik et udbrud kaldet FRB 121102 online. I 2016 Spitler og hendes team observerede, at dette var den første "repeater, " et udbrud med gentagne impulser. "Dette tilbageviste alle modeller, der forklarer FRB som konsekvensen af ​​en katastrofal begivenhed, " siger Spitler.

FRB 121102, opdaget ved Arecibo-teleskopet, blev yderligere observeret af forskerne med Very Large Array i New Mexico. Efter 80 timers måletid, de registrerede ni udbrud og bestemte positionen med en nøjagtighed på et buesekund. På denne position på himlen, der er en permanent udstrålende radiokilde; optiske billeder viser en svag galakse omkring tre milliarder lysår væk.

Med en diameter på kun 13, 000 lysår, dette stjernesystem er en af ​​dværgene; Mælkevejen er omkring ti gange større. "Imidlertid, mange nye stjerner og måske endda særligt store er født i denne galakse. Dette kan være en indikation af kilden til radioudbruddene, " siger Spitler.

Forskeren tænker på pulsarer - kosmiske fyrtårne, der regelmæssigt udsender radiostråling. Bag dem er der igen hurtigt roterende neutronstjerner med stærke magnetfelter. Hvis rotationsaksen og magnetfeltets akse for et sådant objekt afviger fra hinanden, en bundtet radiostråle kan produceres. Hver gang dette naturlige spotlight fejer hen over Jorden, astronomer måler en kort puls.

De fleste radiopulsarers udbrud er for svage til, at de kan detekteres på lang afstand. Det er ikke tilfældet med de særligt korte og ekstremt stærke "gigantiske pulser". Et godt eksempel på denne klasse af objekter er krabbepulsaren, som blev født i en supernovaeksplosion observeret i 1054 e.Kr. Dens pulser ville være synlige selv fra nabogalakser.

"En lovende model tyder på, at hurtige radioudbrud er meget stærkere og sjældnere end gigantiske impulser fra ekstragalaktiske neutronstjerner, der ligner krabbepulsaren. Eller endda yngre og mere energiske som denne, " siger Spitler. "Hjemgalaksen FRB 121102 passer til denne model, fordi den har potentialet til at producere de helt rigtige stjerner til at blive neutronstjerner ved slutningen af ​​deres liv."

Men om denne model er korrekt, står bogstaveligt talt skrevet i stjernerne. Afklaringen bliver ikke nemmere. Alligevel, observationerne fortsætter. For eksempel, radioantennerne i det europæiske VLBI-netværk undersøgte en anden repeater i sommeren 2019. FRB 180916.J0158+65 viste ikke mindre end fire strålingsudbrud i løbet af den fem timer lange observation. Hver varede mindre end to millisekunder.

Hjemmet for dette radioudbrud er i en spiralgalakse omkring 500 millioner lysår væk. Dette gør den til den tætteste observeret hidtil, selvom denne afstand virker "astronomisk." Det viser sig også, at der tilsyneladende er en høj andel af stjernefødsler omkring udbruddet.

Positionen i galaksen adskiller sig fra alle andre udbrud, der er undersøgt indtil videre. Med andre ord:Tilsyneladende FRB blusser op i alle slags kosmiske regioner og forskellige miljøer. "Dette er en af ​​grundene til, at det stadig er uklart, om alle bursts har den samme kildetype eller er genereret af de samme fysiske processer, " siger Spitler. "Mysteriet om deres oprindelse forbliver."