Nyligt opdaget Fast Radio Burst 190520 stiller flere spørgsmål på grund af mærkelig adfærd

Nyopdaget hurtig radio burst (FRB) 190520 viser unik adfærd sammenlignet med andre FRB'er opdaget indtil videre. Dette afvigende kosmiske udbrud blev observeret af et internationalt hold, ledet af forskere ved West Virginia University og Center for Gravitational Waves and Cosmology. Lige når du tror, ​​du forstår mønsteret, kommer der en mærkelig afviger og tvinger dig til at revurdere alt det, du ved.

Professor Sarah Burke-Spolaor sammen med Graduate Assistant Kshitij Aggarwal, begge fra WVU Department of Physics and Astronomy og Center for Gravitational Waves and Cosmology, offentliggjorde deres resultater i Nature . I avisen beskriver de observation af den unikke opførsel af det hurtige radioudbrud kaldet FRB 190520.

Derudover spillede West Virginia University Graduate Students Jessica Sydnor og Reshma Thomas begge en afgørende rolle i opdagelsen.

Thomas arbejdede tæt sammen med Burke-Spolaor for at indhente opfølgningsdata om FRB for bedre at forstå nogle af de interessante egenskaber fundet ved den første opdagelse. Snyder hjalp Burke-Spolaor med billeddannelse og billedfortolkning for at krydstjekke resultater set af FAST-samarbejdspartnerne.

Den ulige

FRB'er er transiente radioimpulser forårsaget af astrofysiske kilder, der er placeret langt ud over vores galakse, Mælkevejen. Mens oprindelsen af ​​disse millisekunders varighed, lyse, ekstragalaktiske glimt stadig ikke er fuldt ud forstået, nærmer forskere sig mysteriet med hver ny opdagelse. Denne FRB, FRB 190520, viste sig at være unik nok til at blive betragtet som en outlier blandt alle kendte FRB'er. Først blev den klassificeret som en genganger. En repeater er en FRB, der gentager sine pulser tilfældigt. Typisk er FRB'er uforudsigelige, men repeatere er mere pålidelige, men er også sjældne. Med gentagen adfærd kan forskerne bedre fokusere og observere dataene med relativ præcision og kortlægge gentagne udbrud, som hjælper med fremtidige observationer. FRB 190520 er en af ​​de mest aktive gentagne FRB'er, der nogensinde er blevet observeret.

Ydermere er dette kun den anden lokaliserede FRB, ud af over 20 lokaliserede FRB'er, med en vedvarende radiokilde tilknyttet. Lokalisering er, når en FRB-placering er udpeget til et meget lille område i rummet, der forbinder FRB med en værtsgalakse i nærheden af ​​dette sted. Observationer af værtsgalaksen FRB 190520 viste, at den er meget tættere på end forventet. Samlet set opførte den sig meget anderledes end andre FRB'er, hvilket gav anledning til flere spørgsmål fra holdet. Hvorfor var denne anderledes? Hvad fik den til at opføre sig anderledes? Skyldes adfærden selve FRB'en eller dens værtsgalakse? Kunne denne værtsgalakse give astronomer flere ledetråde, som kunne fylde flere brikker af kosmologipuslespillet?

Lad os begynde at forstå, hvordan opdagelsen udfoldede sig.

Den første FRB blev opdaget i 2007 af professor Duncan Lorimer fra West Virginia University, professor Maura McLaughlin og en bachelorstuderende, der arbejdede med Lorimer, D. Narkevic, mens de analyserede arkivdata registreret af Parkes Observatory. Denne burst blev oprindeligt døbt Lorimer Burst. Denne opdagelse åbnede dørene for et helt studiefelt omkring FRB'er. FRB 190520 blev opdaget af forskere ved hjælp af FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) i 2019. I 2020 observerede et team af forskere FRB 190520 ved hjælp af VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) observatoriet og fandt bemærkelsesværdige egenskaber , meget unikt for denne særlige FRB.

Spol 14 år frem, FRB 190520 sætter gang i en række nye spørgsmål.

Hvordan ved du placeringen af ​​en FRB?

Ligesom Doppler-effekten bruger astronomer det, der kaldes rødforskydning, eller bølgelængden af ​​lyset, der strækkes, når lydbølger bevæger sig gennem rummet. Meget ligesom lyden en ambulance laver; den ændrer sig og topper i tonehøjde, når den bevæger sig mod dig og falder derefter i tonehøjde, når den bevæger sig væk fra dig. Lysbølger bevæger sig på samme måde. Lyset driver mod den røde side af spektret for objekter, der er langt væk og bevæger sig væk fra os og gør det muligt for astronomer at måle og beregne hastigheden af ​​en galakse i forhold til Jorden.

Ved at kombinere alt, hvad de vidste om FRB, brugte holdet Realfast-observationssystemet på VLA til at observere og indsamle data, hvor de opdagede en persistent radiokilde (PRS), der er samlokaliseret med FRB 190520.  Ved at bruge FRB'ens position med realfast søgte holdet for værtsgalaksen og identificerede værtsgalaksen, en dværggalakse, i en afstand på ~0,2. Holdet er ikke sikker på, om PRS er relateret til FRB, eller noget nær FRB i dets miljø. Der eksisterer mange teorier omkring begge scenarier. Dette er begyndelsen på en bedre forståelse af repeatere, der også er co-lokaliserede.

Turberegninger ved hjælp af spredningsmål

Plasma, der optager det "tomme" rum mellem stjerner og galakser, får faktisk lyset til at bremse, og denne effekt bliver mere ekstrem ved lavere radiofrekvenser. Dette får højradiofrekvente signaler til at ankomme først og lavradiofrekvenssignaler til at ankomme senere, hvilket får FRB'er til at demonstrere en faldende "fløjte" i dataene. Varigheden af ​​den faldende tone kan bruges til at beregne mængden af ​​gas og stof, den har passeret igennem, hvilket giver dem en idé om, hvor langt den stammer fra. Dispersion Measure (DM) giver os en masse information om vores univers, fordi det fortæller os om elektronfordelingen ude i rummet. Når pulserne fra en FRB langt væk bevæger sig gennem stof, som gas og plasma i universet, hopper lyden fra pulserne af elektroner i det intergalaktiske medium (uden for vores egen galakse), hvilket forårsager ændringer i pulsen. Astronomer kan beregne spredningen i Mælkevejen, vores egen galakse. Ud over Mælkevejen er spredning i det intergalaktiske medium ukendt, så forskere skal udfylde de tomme felter med beregnede skøn. Der kan gemme sig masser af stof i det intergalaktiske medium; endnu et puslespil til en anden dag.

DM af FRB 190520

Da de beregnede dets spredningsmål, opdagede holdet, at det var meget stort. Spredningsmålet (DM) bruges til at estimere, hvor langt FRB'en kunne være, og alene baseret på DM'en burde den have været meget langt væk, men kombineret med rødforskydningen var den slet ikke langt væk; lige det modsatte. Det var meget tæt på. Baseret på eksisterende observationer ved hjælp af rødforskydning/DM-forholdet, viste egenskaberne ved denne FRB sig at være meget unikke, endda en outlier. Denne gennembrudsberegning udfordrer nu DM-rødforskydningsrelationerne, der rutinemæssigt bruges i FRB-analyse til at bestemme afstandene til FRB'er.

The Outlier

FRB 190520 skulle igen bevise sin egenart. Dens DM var meget stor, hvilket typisk bruges til at vurdere, hvor langt FRB'en kunne være placeret. Alene baseret på DM burde det have været meget langt, men rødforskydningen viste det modsatte. Det var faktisk meget tæt på Jorden.

Hvis alle FRB'er opfører sig på samme måde, kan vi bruge dem til at tjene som et gennemsnit. Men hvis vi har afvigende FRB'er, som FRB 190520, er gennemsnittet ikke så jævnt præsenteret. Med andre ord kan det få det kendte gennemsnit til at være bredere på grund af de åbenlyse afvigelser i blandingen.

Ifølge Aggarwal kunne FRB 190520 kaste indledende estimater og antagelser ud af vinduet.

FRB 190520 har vist sig at være en portal for kontinuerlige ukendte. Denne afviger og dens værtsgalakse har nu åbnet flere spørgsmål omkring den kosmiske verden af ​​FRB'er, hvilket fascinerer forskere med mere videnskabelig nysgerrighed. Forskere har brugt disse FRB'er til at drage vigtige konklusioner omkring andre forskningsområder, der vedrører universet, såsom dets udvikling. "Hvis du tæller alle de stjerner, gas og andre lysende ting op, vi kan se, baseret på kosmologiske observationer, burde der være mere manglende stof i betragtning, men vi har ikke fuldt ud de direkte målinger," forklarer Burke Spolaor. FRB'er kan undersøge rummet mellem galakser og hjælpe med at udfylde de ukendte detaljer om det intergalaktiske medium inklusive det skjulte stof.

Der sker noget med FRB 190520, og vi vil gerne vide mere! Værtsgalaksen eller miljøet omkring denne FRB har noget unikt i gang, som kunne bidrage til en så høj spredning. Lokalisering er nøglen til bedre at forstå outliers som FRB 190520 ved at lokalisere FRB til sin modergalakse og estimere dens nøjagtige afstand.

Med hver opdagelse bliver puslespillet mere komplekst og giver flere svar på spørgsmål vedrørende universets udvikling og videre.

Selvom det i øjeblikket er en anomali, er det meget muligt, at det om fem eller ti år kan betragtes som normalt, da flere detaljer omkring gentagne FRB'er, som FRB 190520, er afdækket. + Udforsk yderligere

Mærkeligt radioudbrud rejser nye spørgsmål