CHIME-teleskopet registrerer mere end 500 mystiske hurtige radioudbrud i dets første driftsår

At få øje på et hurtigt radioudbrud er at være ekstremt heldig med, hvor og hvornår du peger på din radioparabol. Hurtige radioudbrud, eller FRB'er, er mærkeligt lyse lysglimt, registrering i radiobåndet af det elektromagnetiske spektrum, der brænder i et par millisekunder, før de forsvinder sporløst.

Disse korte og mystiske beacons er blevet opdaget i forskellige og fjerne dele af universet, såvel som i vores egen galakse. Deres oprindelse er ukendt, og deres udseende er uforudsigeligt. Siden den første blev opdaget i 2007, radioastronomer har kun fået øje på omkring 140 udbrud i deres sigtekikkert.

Nu, et stort stationært radioteleskop i British Columbia har næsten firedoblet antallet af hurtige radioudbrud, der er opdaget til dato. Teleskopet, kendt som CHIME, for det canadiske brintintensitetskortlægningseksperiment, har opdaget 535 nye hurtige radioudbrud i løbet af sit første driftsår, mellem 2018 og 2019.

Forskere med CHIME-samarbejdet, herunder forskere ved MIT, har samlet de nye signaler i teleskopets første FRB-katalog, som de vil præsentere i denne uge på American Astronomical Society Meeting.

Det nye katalog udvider det nuværende bibliotek af kendte FRB'er markant, og giver allerede fingerpeg om deres egenskaber. For eksempel, de nyopdagede udbrud ser ud til at falde i to adskilte klasser:dem, der gentager, og dem der ikke gør. Forskere identificerede 18 FRB-kilder, der sprang gentagne gange, mens resten ser ud til at være enkeltstående. Repeaterne ser også anderledes ud, med hver burst, der varer lidt længere og udsender mere fokuserede radiofrekvenser end bursts fra single, ikke-gentagende FRB'er.

Disse observationer tyder stærkt på, at repeatere og engangseffekter opstår fra separate mekanismer og astrofysiske kilder. Med flere observationer, astronomer håber snart at kunne fastslå den ekstreme oprindelse af disse mærkeligt lyse signaler.

"Før CHIME, der var mindre end 100 samlede opdagede FRB'er; nu, efter et års observation, vi har opdaget flere hundrede, " siger CHIME-medlem Kaitlyn Shin, en kandidatstuderende i MIT's Institut for Fysik. "Med alle disse kilder, vi kan virkelig begynde at få et billede af, hvordan FRB'er ser ud som helhed, hvilken astrofysik der kan drive disse begivenheder, og hvordan de kan bruges til at studere universet fremadrettet."

Ser blink

CHIME består af fire massive parabolske radioantenner, nogenlunde størrelsen og formen af ​​snowboard half-pipes, placeret ved Dominion Radio Astrophysical Observatory i British Columbia, Canada. CHIME er et stationært array, uden bevægelige dele. Teleskopet modtager radiosignaler hver dag fra halvdelen af ​​himlen, mens Jorden roterer. Mens det meste radioastronomi udføres ved at dreje en stor skål for at fokusere lys fra forskellige dele af himlen, CHIME stirrer, ubevægelig, i himlen, og fokuserer indkommende signaler ved hjælp af en korrelator - en kraftig digital signalprocessor, der kan arbejde gennem enorme mængder data, med en hastighed på omkring 7 terabit pr. sekund, svarende til et par procent af verdens internettrafik.

"Digital signalbehandling er det, der gør CHIME i stand til at rekonstruere og 'se' i tusindvis af retninger samtidigt, " siger Kiyoshi Masui, assisterende professor i fysik ved MIT, hvem der skal lede gruppens konferencepræsentation. "Det er det, der hjælper os med at opdage FRB'er tusind gange oftere end et traditionelt teleskop."

I løbet af det første driftsår, CHIME registrerede 535 nye hurtige radioudbrud. Da forskerne kortlagde deres placeringer, de fandt ud af, at udbruddene var jævnt fordelt i rummet, synes at opstå fra alle dele af himlen. Fra de FRB'er, som CHIME var i stand til at opdage, forskerne beregnede, at hurtige radioudbrud, lys nok til at blive set af et teleskop som CHIME, forekomme med en hastighed på omkring 9, 000 pr. dag over hele himlen - det mest præcise estimat af FRBs samlede rate til dato.

"Det er noget af det smukke ved dette felt - FRB'er er virkelig svære at se, men de er ikke ualmindelige, " siger Masui, som er medlem af MITs Kavli Institut for Astrofysik og Rumforskning. "Hvis dine øjne kunne se radioblink, som du kan se kamerablink, du ville se dem hele tiden, hvis du bare så op."

Kortlægning af universet

Når radiobølger rejser gennem rummet, enhver interstellar gas, eller plasma, undervejs kan forvrænge eller sprede bølgens egenskaber og bane. Den grad, hvori en radiobølge spredes, kan give fingerpeg om, hvor meget gas den passerede igennem, og muligvis hvor lang afstand den har tilbagelagt fra sin kilde. For hver af de 535 FRB'er, som CHIME detekterede, Masui og hans kolleger målte dens spredning, og fandt ud af, at de fleste udbrud sandsynligvis stammede fra fjerne kilder i fjerne galakser. Det faktum, at udbruddene var lyse nok til at blive opdaget af CHIME, tyder på, at de må være produceret af ekstremt energiske kilder. Efterhånden som teleskopet registrerer flere FRB'er, videnskabsmænd håber at finde ud af præcis, hvilken slags eksotiske fænomener der kunne generere så ultralyse, ultrahurtige signaler.

Forskere planlægger også at bruge udbruddene, og deres spredningsestimater, at kortlægge fordelingen af ​​gas i hele universet.

"Hver FRB giver os nogle oplysninger om, hvor langt de har spredt sig, og hvor meget gas de har spredt sig igennem, "Shin siger. "Med et stort antal FRB'er, vi kan forhåbentlig finde ud af, hvordan gas og stof er fordelt på meget store skalaer i universet. Så, sammen med mysteriet om, hvad FRB'er selv er, der er også det spændende potentiale for FRB'er som kraftfulde kosmologiske sonder i fremtiden."

Forskere vil annoncere disse resultater på det 238. AAS-møde på onsdag, 9. juni.