Latem 2022 roku astronomowie wykryli najpotężniejszy szybki rozbłysk radiowy (FRB), jaki kiedykolwiek zaobserwowano. Pochodząca z miejsca, którego początki sięgają połowy Wielkiego Wybuchu, była także najdalszym znanym jak dotąd FRB zaobserwowanym.
Teraz astronomowie pod kierownictwem Northwestern University wskazali miejsce narodzin niezwykłego obiektu – i jest to rzeczywiście dość ciekawe.
Korzystając ze zdjęć z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, badacze prześledzili FRB nie w jednej galaktyce, ale w grupie co najmniej siedmiu galaktyk. Wydaje się, że galaktyki w kolekcji oddziałują ze sobą – być może nawet na drodze do potencjalnego połączenia. Takie grupy galaktyk są rzadkie i prawdopodobnie doprowadziły do warunków, które wyzwoliły FRB.
To nieoczekiwane odkrycie może podważyć naukowe modele wytwarzania FRB i tego, co je wytwarza.
„Bez obrazowania wykonanego przez Hubble’a nadal pozostawałoby tajemnicą, czy ten FRB pochodzi z jednej monolitycznej galaktyki, czy z jakiegoś rodzaju oddziałującego układu” – powiedziała Alexa Gordon z Northwestern, która kierowała badaniami. „To właśnie tego typu środowiska – te dziwne – prowadzą nas do lepszego zrozumienia tajemnicy FRB”.
Gordon zaprezentuje wyniki tych badań podczas 243. spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Nowym Orleanie w Luizjanie. „Odkrywanie środowiska najdalszego szybkiego rozbłysku radiowego za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a” odbędzie się we wtorek (9 stycznia) o godzinie 14:15 czasu CST w ramach sesji pt. „Zjawiska wysokoenergetyczne i ich pochodzenie”.
Gordon jest absolwentką astronomii w Weinberg College of Arts and Sciences w Northwestern, gdzie doradza jej współautorka badania Wen-fai Fong, profesor nadzwyczajny fizyki i astronomii. Fong i Gordon są także członkami Centrum Interdyscyplinarnych Poszukiwań i Badań Astrofizycznych (CIERA).
Narodziny z kropli?
Rozbłyskujące i znikające w ciągu milisekund FRB to krótkie, potężne wybuchy radiowe, które w jednym krótkim wybuchu generują więcej energii, niż nasze Słońce emituje przez cały rok. A rekordowy FRB (nazwany FRB 20220610A) był jeszcze bardziej ekstremalny niż jego poprzednicy.
Nie tylko był czterokrotnie bardziej energetyczny niż bliższe FRB, ale także okazał się najbardziej odległym FRB, jaki dotychczas odkryto. Kiedy powstał FRB 20220610A, wszechświat miał zaledwie 5 miliardów lat. (Dla porównania, wiek Wszechświata wynosi obecnie 13,8 miliarda lat.)
We wczesnych obserwacjach wydawało się, że rozbłysk powstał w pobliżu niezidentyfikowanej, amorficznej plamy, którą astronomowie początkowo uważali za pojedynczą, nieregularną galaktykę lub grupę trzech odległych galaktyk. Jednak w nowej odsłonie ostre zdjęcia Hubble'a sugerują, że plama może składać się z co najmniej siedmiu galaktyk znajdujących się w niewiarygodnie bliskiej odległości od siebie. W rzeczywistości galaktyki są tak blisko siebie, że wszystkie zmieściłyby się w naszej Drodze Mlecznej.
„Istnieją pewne oznaki wskazujące, że członkowie grupy «wchodzą w interakcję»” – powiedział Fong. „Innymi słowy, mogą handlować materiałami lub być może być na drodze do łączenia się. Te grupy galaktyk (zwane grupami zwartymi) są niezwykle rzadkimi środowiskami we wszechświecie i są najgęstszymi strukturami w skali galaktyki, jakie znamy”.
„Ta interakcja może wywołać wybuchy formowania się gwiazd” – powiedział Gordon. „To może wskazywać, że przodek FRB 20220610A jest powiązany z całkiem nową populacją gwiazd, która odpowiada temu, czego nauczyliśmy się od innych FRB”.
„Pomimo odkrycia setek zdarzeń FRB, tylko część z nich została zlokalizowana w galaktykach macierzystych” – powiedział współautor badania Yuxin (Vic) Dong, doktor nauk astronomicznych NSF. student w laboratorium Fonga i członek CIERA. . „W tej małej frakcji tylko kilka pochodziło z gęstego środowiska galaktycznego, ale żadnej nigdy nie widziano w tak zwartej grupie. Zatem miejsce jej narodzin jest naprawdę rzadkie”.
Enigmatyczne eksplozje
Chociaż astronomowie odkryli aż do 1000 FRB od czasu ich pierwszego odkrycia w 2007 roku, źródła tych oślepiających błysków pozostają niepewne. Chociaż astronomowie nie osiągnęli jeszcze konsensusu co do możliwych mechanizmów stojących za FRB, ogólnie zgadzają się, że FRB muszą obejmować zwarty obiekt, taki jak czarna dziura lub gwiazda neutronowa.
Odkrywając prawdziwą naturę FRB, astronomowie mogli nie tylko poznać tajemnicze zjawiska, ale także prawdziwą naturę samego wszechświata. Kiedy fale radiowe z FRB w końcu docierają do naszych teleskopów, oznacza to, że podróżowały przez miliardy lat z odległego, wczesnego Wszechświata. Podczas tej odysei między wszechświatami po drodze wchodzą w interakcję z materiałem.
„W szczególności fale radiowe są wrażliwe na każdy materiał znajdujący się wzdłuż linii wzroku – od lokalizacji FRB do nas” – powiedział Fong. „Oznacza to, że fale muszą przejść przez dowolny obłok materii wokół miejsca FRB, przez galaktykę macierzystą, przez wszechświat i w końcu przez Drogę Mleczną. Na podstawie opóźnienia czasowego samego sygnału FRB możemy zmierzyć sumę wszystkich tych składek.”
Aby w dalszym ciągu badać FRB i ich pochodzenie, astronomowie muszą wykrywać i badać ich więcej. Gordon twierdzi, że w miarę jak technologia stale staje się coraz bardziej czuła, wkrótce nastąpi więcej odkryć – potencjalnie nawet w przypadku wychwytywania niewiarygodnie słabych FRB.
„Mając większą próbkę odległych FRB, możemy rozpocząć badanie ewolucji FRB i właściwości ich żywicieli, łącząc je z bardziej pobliskimi, a być może nawet zacząć identyfikować dziwniejsze populacje” – powiedział Dong.
„W najbliższej przyszłości eksperymenty FRB zwiększą ich czułość, co doprowadzi do bezprecedensowego wzrostu liczby FRB wykrywanych na tych odległościach” – powiedział Gordon. „Astronomowie wkrótce dowiedzą się, jak wyjątkowe było środowisko tego FRB”.
Badanie „A fast radio Burst in a Compact Galaxy Group at z ~ 1” zostało wsparte przez National Science Foundation (nagrody o numerach AST-1909358, AST-2047919 i AST-2308182), Fundację Davida i Lucile Packardów, Fundację Fundacja Alfreda P. Sloana, Research Corporation for Science Advancement i NASA (numer nagrody GO-17277). Astronomowie po raz pierwszy wykryli FRB 20220610A za pomocą radioteleskopu Australian Square Kilometre Array Pathfinder w Australii Zachodniej, a następnie potwierdzili jego pochodzenie za pomocą Bardzo Dużego Teleskopu Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile.