Hvorfor jagt efter hurtige radioudbrud er et eksploderende felt inden for astronomi

For lidt mere end et årti siden, to astronomer opdagede mystiske udbrud af radiobølger, der ser ud til at finde sted over hele himlen, ofte overstråler alle stjernerne i en galakse. Siden da, studiet af disse hurtige radioudbrud, eller FRB'er, har taget fart, og selvom vi stadig ikke ved, hvad de præcist er, eller hvad der forårsager dem, videnskabsmænd er nu på vej tættere på nogle svar.

FRB'er blev først opdaget i 2007 af astronomerne Duncan Lorimer og David Narkevic. Mens du bruger Parkes Observatory i Australien, duoen var forbløffet over at se et utroligt lyst glimt af radiobølger, der kom fra rummet. Denne mærkelige begivenhed blev kaldt et Lorimer-udbrud.

Siden da, omkring 100 FRB-fund er blevet annonceret. Vi har været i stand til at identificere placeringen af ​​nogle til andre galakser - ingen ser ud til at finde sted inde i Mælkevejen - samt se nogle ske i realtid og endda være vidne til FRB'er, der gentager sig. På trods af adskillige observationer og masser af data, vi mangler stadig at forklare præcis, hvad de er.

'Det er ikke så ofte i astrofysikken, at der er et nyt fænomen, som vi virkelig ikke forstår, og vi har mulighed for at lære noget virkelig nyt, sagde Dr. Jason Hessels fra University of Amsterdam i Holland.

Radioteleskoper

Dr. Hessels koordinerede et projekt kaldet DRAGNET, som løb fra 2014 til 2018 og søgte at observere og studere flere FRB'er. Det brugte radioteleskoper rundt om i verden - inklusive lavfrekvente array, eller LOFAR teleskop, i Holland - for at jage efter eksotiske stjerner og FRB'er. På det tidspunkt, hvor projektet blev foreslået i 2012, imidlertid, folk var ikke sikre på, at FRB'er overhovedet var ægte.

Endnu, i 2015 fik projektet et vigtigt gennembrud. Den opdagede, at en kendt FRB i en anden galakse - kaldet FRB 121102 - gentog sig. Denne opdagelse gjorde det muligt for astronomer at finde ud af, hvor FRB kom fra - en svag dværggalakse 3 milliarder lysår fra Jorden. Vi har siden fundet et andet gentaget udbrud, men indtil den første, alle FRB'er havde været enkeltbegivenheder.

'Det har været en stor skattekiste af information, sagde Dr. Hessels, med henvisning til FRB 121102. 'Vi har opdaget hundredvis af udbrud fra den.'

Hvert blitz varer kun et millisekund eller deromkring, men kan udsende mere energi end 500 millioner sole. Som sådan, FRB 121102 er tydeligt mærkbar på baggrund af en galakse, især en så svag som denne. Selv på så stor afstand, og efter at være blevet produceret før flercellet liv på Jorden begyndte, blitzen er intens nok til, at vi kan måle i dag.

Da FRB'er først blev opdaget, man troede, at de kunne være forårsaget af katastrofale begivenheder såsom neutronstjerner – de resterende kerner af kollapsede kæmpestjerner – eller sorte huller, der smelter sammen. Det faktum, at nogle FRB'er gentager, imidlertid, tyder på, at det måske ikke er tilfældet, selvom der kan være flere typer FRB.

Stjerneskælv

Vores bedste forklaring indtil videre er, at de er forårsaget af magnetarer, neutronstjerner, der har utroligt stærke magnetfelter. Det menes, at disse stjerner har nok energi til at producere de lyse blink, der er forbundet med FRB'er, oplever "stjerneskælv", når magnetfeltet river stjerneskorpen fra hinanden, frigiver en enorm mængde energi (selvom de seneste resultater udgivet den 27. juni antyder en mulig ukendt alternativ oprindelse for nogle FRB'er).

'Den frigivne energi kunne ramme alt det materiale, der omgiver magnetaren, og det forårsager et chok og kan accelerere partikler, der producerer radiobølger og et radioudbrud, som vi observerer, sagde Dr. Hessels.

For bedre at besvare dette spørgsmål, det igangværende MeerTRAP-projekt forsøger at finde flere FRB'er, hvilket kan bringe os tættere på et svar. Projektet bruger MeerKAT-radioteleskoparrayet i Sydafrika til at lede efter pulser af radiobølger på himlen. Under arrayets standard astronomiske observationer, MeerTRAP-holdet piggybacks ombord for at få dataene - omkring 10 gigabyte i sekundet - for at lede efter FRB'er.

'Vi tager bare data fra, hvor de har valgt at pege, sagde Dr. Benjamin Stappers fra University of Manchester, Storbritannien, og projektkoordinator for MeerTRAP. 'Det betyder ikke så meget, hvor teleskopet peger hen, fordi de skulle være ensartede hen over himlen.'

Projektet er ikke begyndt at lede efter FRB'er endnu, men planlægger at begynde at gøre det i juli 2019. MeerTRAP-teamet håber at finde mellem to og fem FRB'er om ugen, med mulighed for at se efter både FRB'er, der kun forekommer én gang, og gentagelser, da teleskoperne vil vende tilbage til den samme del af himlen ved regelmæssige lejligheder.

Oprindelse

Alle disse data skulle hjælpe os med bedre at finde ud af oprindelsen af ​​FRB'er. 'En måde at finde ud af, hvad årsagen til dem er, er at forstå, hvor de sker i en galakse, og hvilke typer galakser de forekommer i, sagde Dr. Stappers.

Astronomer ønsker også at regne ud, hvor mange typer FRB der er. Indtil nu, vi ved, at nogle af dem gentager sig, og nogle gør ikke, men hvor mange der gentager er stadig uvist. Det kan være, at disse to typer er dannet på forskellige måder, så at finde flere af dem kunne hjælpe os med at besvare det spørgsmål bedre.

'Der er også sandsynligheden for, at FRB'er også vil passere gennem de ydre områder af andre galakser, der ligger langs sigtelinjen, sagde Dr. Stappers. 'Så du kan bruge dem som at skinne med en fakkel og se, hvad der sker med lyset, når det passerer gennem de andre galakser. Du kan lære noget om arten af ​​disse mellemliggende galakser.'

MeerTRAP-projektet vil også lede efter hurtigt roterende neutronstjerner, kaldet pulsarer, for bedre at teste vores teorier om tyngdekraft. Hvis en pulsar blev fundet i kredsløb om en anden stjerne eller endda et sort hul, ændringen i dens rotation kunne fortælle os mere om, hvordan tyngdekraften fungerer i den yderste ende af fysikken.

Det er FRB'er, imidlertid, der samler overskrifter i øjeblikket. Med flere og flere opdagelser på vej, det håbes, at vi snart har et svar om nogle af deres mysterier.

'Feltet eksploderer virkelig, sagde Dr. Hessels, bemærker, at vi måske kender til mere end 1, 000 ved årets udgang. 'Sandsynligvis i de næste par år vil vi have en ret god idé om, hvad der forårsager dem.'