IceCube hjælper med at afmystificere mærkelige radioudbrud fra dybt rum

I et årti, astronomer har undret sig over flygtige, men utrolig kraftfulde radioudbrud fra rummet.

Fænomenerne, kendt som hurtige radioudbrud eller FRB'er, blev først opdaget i 2007 af astronomer, der skurede arkivdata fra Australiens Parkes Telescope, en tallerken med en diameter på 64 meter, der er bedst kendt for sin rolle ved modtagelse af live-tv-billeder fra månelandingen Apollo 11 i 1969.

Men antennens påvisning af den første FRB - og den efterfølgende bekræftede opdagelse af næsten to dusin kraftigere radioimpulser over himlen ved hjælp af Parkes og andre radioteleskoper - har sendt astrofysikere til at skynde sig for at finde flere af objekterne og forklare dem.

"Det er en ny klasse af astronomiske begivenheder. Vi ved meget lidt om FRB'er generelt, "forklarer Justin Vandenbroucke, en fysiker fra University of Wisconsin-Madison, der, med sine kolleger, vender IceCube, verdens mest følsomme neutrino -teleskop, til opgaven at hjælpe med at afmystificere de kraftige pulser af radioenergi, der genereres op til milliarder af lysår fra Jorden.

Ideen, siger fysikeren i Wisconsin, er at se, om neutrinoer med høj energi genereres samtidig med FRB'er. Hvis det er tilfældet, det ville give forskere fører til, hvad der kunne skabe de kraftfulde radioblus og afsløre noget om fysikken i de miljøer, hvor de genereres.

IceCube er en neutrino detektor sammensat af 5, 160 optiske moduler indlejret i en gigaton af krystalklar is en kilometer under den geografiske sydpol. Understøttet af National Science Foundation, IceCube er i stand til at fange de flygtige signaturer af højenergiske neutrinoer-næsten masseløse partikler, der genereres, formodentlig, ved tæt, voldelige genstande såsom supermassive sorte huller, galaksehobe, og de energiske kerner i stjernedannende galakser.

Fangsten med hurtige radioudbrud, bemærker Vandenbroucke, er, at de for det meste er tilfældige, og de varer i kun et par millisekunder, for hurtigt til rutinemæssigt at opdage eller foretage opfølgende observationer med radio og optiske teleskoper. Kun én FRB har vist sig at gentage, et objekt kendt som FRB 121102 i en galakse cirka 3 milliarder lysår væk. En vigtig fordel ved IceCube er teleskopets ekstremt brede synsfelt sammenlignet med optiske og radioteleskoper. Teleskopet indsamler data om neutrinohændelser, når partiklerne styrter gennem jorden, og den ser hele himlen på både den sydlige og den nordlige halvkugle. Det betyder, at hvis en FRB detekteres af et af verdens radioteleskoper, Vandenbroucke og hans team kan analysere IceCube -data for det pågældende område af himlen på det tidspunkt, hvor radiopulsen blev registreret.

At observere et hurtigt radioudbrud i forbindelse med neutrinoer ville være et kup, hjælpe med at etablere kildeobjekter for begge typer fænomener. "Astrofysiske neutrinoer og hurtige radioudbrud er to af de mest spændende mysterier i fysik i dag, "siger Vandenbroucke." Der kan være en forbindelse mellem dem. "

Indtil nu, Vandenbroucke og hans team har set på næsten 30 FRB'er, inklusive 17 bursts fra "repeateren, "FRB 121102.

UW -teamets første look, imidlertid, opdagede ikke neutrino -emission med nogen af ​​FRB'erne identificeret i IceCubes arkivdata. Ikke at se neutrinoer i samklang med nogen af ​​de undersøgte FRB'er hidtil giver forskere en øvre grænse for mængden af ​​neutrino -emission, der kan forekomme i et burst.

"Vi kan sige, at mængden af ​​energi, der udsendes af hvert burst som neutrinoer, er mindre end en vis mængde, som derefter kan sammenlignes med forudsigelser fra individuelle teorier, "Forklarer Vandenbroucke." Da antallet af bursts forventes at vokse dramatisk i de næste par år, disse begrænsninger vil blive endnu stærkere - eller vi finder en opdagelse. "

Lyse eller meget energi-neutrinoer ville være karakteristiske for visse klasser af astronomiske objekter. "Vi har udelukket gammastråleudbrud, og vi har stærkt begrænset muligheden for sorte huller" som neutrino-kilder, siger Vandenbroucke. Hans teams analyse af fire FRB -begivenheder blev offentliggjort i august 2017 Astrofysisk Journal . "Der kunne være endnu mere eksotisk fysik i gang."

Forskere mener, at FRB'er forekommer meget hyppigere, end de er blevet observeret. Nogle vurderer, at der er så mange som 10, 000 FRB -begivenheder om dagen fra alle retninger på himlen. Og med astronomer nu på udkig efter radioenergis stjernepulser, Vandenbroucke forventer, at opdagelsestempoet vil accelerere, efterhånden som verdens radioteleskoper fortsætter deres søgninger, og når nye radiointerferometre kommer på nettet.