Arten af ​​hurtige radioudbrud afklaret

Ved at forbinde to af de største radioteleskoper i verden, astronomer har opdaget, at en simpel binær vind trods alt ikke kan forårsage den forvirrende periodicitet af et hurtigt radioudbrud. Udbruddene kan komme fra en stærkt magnetiseret, isoleret neutronstjerne. Radiodetekteringerne viser også, at hurtige radioudbrud, nogle af de mest energiske begivenheder i universet, er fri for afskærmningsmateriale. Denne gennemsigtighed øger deres betydning for kosmologien yderligere. Resultaterne vises i Natur denne uge.

Radiofarver

Brugen af ​​"radiofarver" førte til gennembruddet. I optisk lys, farver er, hvordan øjet skelner hver bølgelængde. Vores regnbue går fra kortere bølgelængde blåt optisk lys, til rødt optisk lys med længere bølgelængde. Men elektromagnetisk stråling, som det menneskelige øje ikke kan se, fordi bølgelængden er for lang eller kort, er lige så ægte. Astronomer kalder dette "ultraviolet lys" eller "radiolys". Radiolyset strækker regnbuen ud over den røde kant, vi ser. Selve radioregnbuen går også fra "blåere, " kortbølgelængderadio til "rødere" langbølgelængderadio. Radiobølgelængder er en million gange længere end bølgelængderne af optisk blå og rød, men grundlæggende er de bare "farver":radiofarver.

Holdet af astronomer har nu studeret et hurtigt radioudbrud ved to radiobølgelængder - den ene er blåere, en meget rødere - på samme tid. hurtige radioudbrud er nogle af de klareste blink på radiohimlen, men de udsender uden for vores menneskesyn. De holder kun omkring 1/1000 af et sekund. Den energi, der kræves for at danne hurtige radioudbrud, skal være overordentlig høj. Stadig, deres nøjagtige natur er ukendt. Nogle hurtige radioudbrud gentages, og i tilfælde af FRB 20180916B, at gentagelsen er periodisk. Denne periodicitet førte til en række modeller, hvor hurtige radioudbrud kommer fra et par stjerner, der kredser om hinanden. Den binære bane og stjernevinden skaber derefter periodiciteten. "Stærke stjernevinde fra ledsageren til den hurtige radioburstkilde forventedes at lade de fleste blå, kortbølget radiolys slipper ud af systemet. Men den rødere radio med lang bølgelængde burde blokeres mere, eller endda helt, " siger Inés Pastor-Marazuela (Universitetet i Amsterdam og ASTRON), publikationens første forfatter.

Kombinerer Westerbork og LOFAR

For at teste denne model, astronomholdet kombinerede LOFAR og fornyede Westerbork-teleskoper. De kunne således samtidigt studere FRB 20180916B ved to radiofarver. Westerbork så på den blåere bølgelængde på 21 centimeter, LOFAR observerede jo meget rødere, 3 meter bølgelængde. Begge teleskoper optog radiofilm med tusindvis af billeder i sekundet. En meget hurtig maskinlærende supercomputer opdagede hurtigt udbrud. "Når vi analyserede dataene, og sammenlignede de to radiofarver, vi var meget overraskede, " siger pastor-Marazuela. "Eksisterende binære vindmodeller forudsagde, at udbruddene kun skulle lyse i blåt, eller i det mindste holde meget længere der. Men vi så to dage med mere blåt, radioudbrud, efterfulgt af tre dage med rødere radioudbrud. Vi udelukker de originale modeller nu - der må være noget andet i gang."

De hurtige radioburst-detektioner var de første nogensinde med LOFAR. Ingen var blevet set på nogen bølgelængder længere end 1 meter indtil da. Dr. Yogesh Maan fra ASTRON så først LOFAR-udbruddene:"Det var spændende at opdage, at hurtige radioudbrud skinner ved så lange bølgelængder. Efter at have gennemgået enorme mængder data, Jeg havde svært ved at tro det i starten, selvom afsløringen var overbevisende. Snart, endnu flere udbrud kom ind." Denne opdagelse er vigtig, fordi det betyder, at jo rødere, radioemission med lang bølgelængde kan undslippe miljøet omkring kilden til det hurtige radioudbrud. "Det faktum, at nogle hurtige radioudbrud live i rene omgivelser, relativt utilsløret af enhver tæt elektrontåge i værtsgalaksen, er meget spændende, " siger medforfatter Dr. Liam Connor (U. Amsterdam/ASTRON). "Sådanne nøgne, hurtige radioudbrud vil give os mulighed for at jage det undvigende baryoniske stof, der forbliver uforklaret i universet."

Magneter

LOFAR-teleskopet og Apertif-systemet på Westerbork er hver formidable i deres egen ret, men gennembruddene blev gjort mulige, fordi holdet forbandt de to direkte, som om de var ét. "Vi byggede et maskinlæringssystem i realtid på Westerbork, der advarede LOFAR, hver gang et udbrud kom ind, " siger hovedforsker Dr. Joeri van Leeuwen (ASTRON/U. Amsterdam), "Men ingen samtidige LOFAR-udbrud blev set. For det første, vi troede, at en tåge omkring de hurtige radioudbrud blokerede alle rødere udbrud – men overraskende nok, når de blåre udbrud var stoppet, rødere udbrud dukkede trods alt op. Det var da vi indså, at simple binære vindmodeller var udelukket. hurtige radioudbrud er blottede, og kunne laves af magnetarer."

Sådanne magnetarer er neutronstjerner, med meget højere densitet end bly, som også er meget magnetiske. Deres magnetfelter er mange gange stærkere end den stærkeste magnet i noget jordlaboratorium. "En isoleret, langsomt roterende magnetar forklarer bedst den adfærd, vi opdagede, " siger pastor-Marazuela. "Det føles meget som at være detektiv - vores observationer har betydeligt indsnævret, hvilke hurtige radioburst-modeller der kan fungere."