Hubble sporer hurtige radioudbrud til galaksers spiralarme

Astronomer, der bruger NASAs Hubble-rumteleskop har sporet placeringerne af fem kort, kraftfulde radiosprængninger til spiralarme fra fem fjerne galakser.

Kaldes hurtige radiobursts (FRB'er), disse ekstraordinære begivenheder genererer lige så meget energi på en tusindedel af et sekund, som solen gør på et år. Fordi disse forbigående radioimpulser forsvinder på meget mindre end et øjeblik, forskere har haft svært ved at spore, hvor de kommer fra, meget mindre at bestemme, hvilken slags objekt eller objekter, der forårsager dem. Derfor, det meste af tiden, astronomer ved ikke præcis, hvor de skal lede.

Finder hvor disse eksplosioner kommer fra, og især, hvilke galakser stammer de fra, er vigtigt for at bestemme, hvilke slags astronomiske begivenheder der udløser sådanne intense energiglimt. Den nye Hubble-undersøgelse af otte FRB'er hjælper forskere med at indsnævre listen over mulige FRB-kilder.

Blink om natten

Den første FRB blev opdaget i arkiverede data optaget af Parkes radioobservatorium den 24. juli, 2001. Siden da har astronomer afsløret op til 1, 000 FRB'er, men de har kun været i stand til at knytte omkring 15 af dem til bestemte galakser.

"Vores resultater er nye og spændende. Dette er den første højopløsningsvisning af en population af FRB'er, og Hubble afslører, at fem af dem er lokaliseret nær eller på en galakses spiralarme, " sagde Alexandra Mannings fra University of California, Santa Cruz, undersøgelsens hovedforfatter. "De fleste af galakserne er massive, relativt ung, og stadig danner stjerner. Billeddannelsen giver os mulighed for at få en bedre idé om de overordnede værtsgalakseegenskaber, såsom dens masse og stjernedannelseshastighed, samt undersøge, hvad der sker lige ved FRB-positionen, fordi Hubble har så stor opløsning."

I Hubble-undersøgelsen, astronomer har ikke kun fastgjort dem alle til værtsgalakser, men de identificerede også den slags steder, de stammede fra. Hubble observerede en af ​​FRB-lokationerne i 2017 og de andre syv i 2019 og 2020.

"Vi ved ikke, hvad der forårsager FRB'er, så det er virkelig vigtigt at bruge kontekst, når vi har det, " sagde teammedlem Wen-fai Fong fra Northwestern University i Evanston, Illinois. "Denne teknik har fungeret meget godt til at identificere stamfædre til andre typer transienter, såsom supernovaer og gammastråleudbrud. Hubble spillede en stor rolle i disse undersøgelser, også."

Galakserne i Hubble-undersøgelsen eksisterede for milliarder af år siden. Astronomer, derfor, ser galakserne, som de så ud, da universet var omkring halvdelen af ​​dets nuværende alder.

Mange af dem er lige så massive som vores Mælkevej. Observationerne blev foretaget i ultraviolet og nær-infrarødt lys med Hubbles Wide Field Camera 3.

Ultraviolet lys sporer gløden fra unge stjerner trukket langs en spiralgalakses snoede arme. Forskerne brugte de nær-infrarøde billeder til at beregne galaksernes masse og finde ud af, hvor ældre populationer af stjerner opholder sig.

Beliggenhed, Beliggenhed, Beliggenhed

Billederne viser en mangfoldighed af spiralarmsstrukturer, fra tæt viklet til mere diffust, afslører, hvordan stjernerne er fordelt langs disse fremtrædende træk. En galakses spiralarme sporer fordelingen af ​​unge, massive stjerner. Imidlertid, Hubble-billederne afslører, at de FRB'er, der findes nær spiralarmene, ikke kommer fra de allerlyseste områder, som flammer af lyset fra heftige stjerner. Billederne er med til at understøtte et billede af, at FRB'erne sandsynligvis ikke stammer fra de yngste, mest massive stjerner.

Disse spor hjalp forskerne med at udelukke nogle af de mulige udløsere af typer af disse strålende flares, herunder de yngstes eksplosive dødsfald, mest massive stjerner, som genererer gammastråleudbrud og nogle typer supernovaer. En anden usandsynlig kilde er sammensmeltningen af ​​neutronstjerner, de knuste kerner af stjerner, der ender deres liv i supernovaeksplosioner. Disse fusioner tager milliarder af år at finde sted og findes normalt langt fra spiralarme af ældre galakser, der ikke længere danner stjerner.

Magnetiske monstre

Holdets Hubble-resultater, imidlertid, er i overensstemmelse med den førende model, at FRB'er stammer fra unge magnetiske udbrud. Magnetarer er en type neutronstjerne med kraftige magnetfelter. De kaldes de stærkeste magneter i universet, besidder et magnetfelt, der er 10 billioner gange stærkere end en køleskabsdørsmagnet. Astronomer kædede sidste år observationer af en FRB spottet i vores Mælkevejsgalakse sammen med et område, hvor en kendt magnetar befinder sig.

"På grund af deres stærke magnetfelter, magnetarer er ret uforudsigelige, Fong forklarede. "I dette tilfælde, FRB'erne menes at komme fra flares fra en ung magnetar. Massive stjerner gennemgår stjerneudvikling og bliver til neutronstjerner, hvoraf nogle kan magnetiseres kraftigt, fører til udbrud og magnetiske processer på deres overflader, som kan udsende radiolys. Vores undersøgelse passer ind i det billede og udelukker enten meget unge eller meget gamle stamfædre for FRB'er."

Observationerne hjalp også forskerne med at styrke forbindelsen mellem FRB'er med massive, stjernedannende galakser. Tidligere jordbaserede observationer af nogle mulige FRB-værtsgalakser opdagede ikke så tydeligt underliggende struktur, såsom spiralarme, i mange af dem. Astronomer, derfor, kunne ikke udelukke muligheden for, at FRB'er stammer fra en dværggalakse, der gemmer sig under en massiv. I det nye Hubble-studie, omhyggelig billedbehandling og analyse af billederne gjorde det muligt for forskere at udelukke underliggende dværggalakser, ifølge medforfatter Sunil Simha fra University of California, Santa Cruz.

Selvom Hubble-resultaterne er spændende, forskerne siger, at de har brug for flere observationer for at udvikle et mere endeligt billede af disse gådefulde glimt og bedre lokalisere deres kilde. "Dette er sådan et nyt og spændende felt, " sagde Fong. "At finde disse lokaliserede begivenheder er en vigtig brik i puslespillet, og en meget unik puslespilsbrik sammenlignet med, hvad der er blevet gjort før. Dette er et unikt bidrag fra Hubble."

Holdets resultater vil fremgå i et kommende nummer af The Astrophysical Journal.