Astronomer opdager spor, der afslører mysteriet med hurtige radioudbrud

Hurtige radioudbrud, eller FRB'er - kraftfulde, Radiobølger med millisekunders varighed, der kommer fra det dybe rum uden for Mælkevejsgalaksen - har været blandt de mest mystiske astronomiske fænomener, der nogensinde er observeret. Siden FRB'er først blev opdaget i 2007, astronomer fra hele verden har brugt radioteleskoper til at spore udbruddene og lede efter spor om, hvor de kommer fra, og hvordan de er produceret.

UNLV-astrofysiker Bing Zhang og internationale samarbejdspartnere observerede for nylig nogle af disse mystiske kilder, som førte til en række banebrydende opdagelser rapporteret i tidsskriftet Nature, som endelig kan kaste lys over den fysiske mekanisme af FRB'er.

Det første papir, som Zhang er en tilsvarende forfatter og førende teoretiker for, blev offentliggjort i 28. oktober-udgaven af Natur .

"Der er to hovedspørgsmål vedrørende oprindelsen af ​​FRB'er, " sagde Zhang, hvis hold foretog observationen ved hjælp af Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) i Guizhou, Kina. "Den første er, hvad er motorerne i FRB'er, og den anden er, hvad er mekanismen til at producere FRB'er. Vi fandt svaret på det andet spørgsmål i dette papir."

To konkurrerende teorier er blevet foreslået til at fortolke mekanismen for FRB'er. En teori er, at de ligner gammastråleudbrud (GRB'er), de kraftigste eksplosioner i universet. Den anden teori sammenligner dem mere med radiopulsarer, som roterer neutronstjerner, der udsender lyst, sammenhængende radioimpulser. De GRB-lignende modeller forudsiger en ikke-varierende polarisationsvinkel inden for hver burst, mens de pulsar-lignende modeller forudsiger variationer af polarisationsvinklen.

Holdet brugte FAST til at observere en gentagende FRB-kilde og opdagede 11 udbrud fra den. Overraskende nok, syv af de 11 lyse udbrud viste forskellige polarisationsvinkelsvingninger under hvert udbrud. Polarisationsvinklerne varierede ikke kun i hver burst, variationsmønstrene var også forskellige blandt udbrud.

"Vores observationer udelukker i det væsentlige de GRB-lignende modeller og tilbyder støtte til de pulsar-lignende modeller, " sagde K.-J. Lee fra Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking Universitet, og tilsvarende forfatter til papiret.

Fire andre artikler om FRB'er blev offentliggjort i Nature den 4. november. Disse omfatter flere forskningsartikler udgivet af FAST-teamet ledet af Zhang og samarbejdspartnere fra National Astronomical Observatories of China og Peking University. Forskere tilknyttet Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) og Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2 (STARE2)-gruppen samarbejdede også om publikationerne.

"Ligesom det første papir fremmede vores forståelse af mekanismen bag FRB'er, disse papirer løste udfordringen med deres mystiske oprindelse, " forklarede Zhang.

Magneter er utrolig tætte, neutronstjerner i bystørrelse, der besidder de kraftigste magnetfelter i universet. Magneter laver lejlighedsvis korte røntgen- eller bløde gammastråleudbrud gennem spredning af magnetiske felter, så de har længe været spekuleret som plausible kilder til at drive FRB'er under højenergiudbrud.

Det første afgørende bevis på dette kom den 28. april, 2020, da et ekstremt lyst radioudbrud blev detekteret fra en magnetar, der sad lige i vores baghave - i en afstand af omkring 30, 000 lysår fra Jorden i Mælkevejsgalaksen. Som forventet, FRB var forbundet med et lyst røntgenudbrud.

"Vi ved nu, at de mest magnetiserede objekter i universet, de såkaldte magnetarer, kan producere i det mindste nogle eller muligvis alle FRB'er i universet, " sagde Zhang.

Hændelsen blev opdaget af CHIME og STARE2, to teleskoparrays med mange små radioteleskoper, der er velegnede til at detektere lyse begivenheder fra et stort område af himlen.

Zhangs team har brugt FAST til at observere magnetkilden i nogen tid. Desværre, da FRB fandt sted, FAST kiggede ikke på kilden. Ikke desto mindre, FAST gjorde nogle spændende "ikke-detektions"-opdagelser og rapporterede dem i en af ​​4. november Natur artikler. Under FAST-observationskampagnen, der var yderligere 29 røntgenudbrud udsendt fra magnetaren. Imidlertid, ingen af ​​disse udbrud var ledsaget af et radioudbrud.

"Vores ikke-detekteringer og detekteringerne fra CHIME- og STARE2-holdene tegner et komplet billede af FRB-magnetiske associationer, " sagde Zhang.

For at sætte det hele i perspektiv, Zhang arbejdede også sammen med Nature for at udgive en enkeltforfattergennemgang af de forskellige opdagelser og deres implikationer for astronomiområdet.

"Takket være de seneste observationsgennembrud, FRB-teorierne kan endelig gennemgås kritisk, " sagde Zhang. "Mekanismerne til at producere FRB'er er stærkt indsnævret. Endnu, mange åbne spørgsmål er tilbage. Det bliver et spændende felt i de kommende år."