Astronomowie z MIT i innych miejsc wykryli dziwny i uporczywy sygnał radiowy z odległej galaktyki, który wydaje się migać z zaskakującą regularnością.
Sygnał jest klasyfikowany jako szybki impuls radiowy lub FRB – niezwykle silny impuls fal radiowych o nieznanym astrofizycznym pochodzeniu, który zwykle trwa najwyżej kilka milisekund. Jednak ten nowy sygnał utrzymuje się do trzech sekund, około 1000 razy dłużej niż przeciętny FRB. W tym oknie zespół wykrył wybuchy fal radiowych, które powtarzają się co 0,2 sekundy w wyraźnym, okresowym wzorze, podobnym do bijącego serca.
Naukowcy oznaczyli sygnał jako FRB 20191221A i jest to obecnie najdłużej trwający FRB, z najwyraźniejszym do tej pory wzorcem okresowym.
Źródło sygnału znajduje się w odległej galaktyce, kilka miliardów lat świetlnych od Ziemi. Dokładnie, czym może być to źródło, pozostaje tajemnicą, chociaż astronomowie podejrzewają, że sygnał może pochodzić z pulsara radiowego lub magnetara, które są typami gwiazd neutronowych – niezwykle gęstych, szybko wirujących zapadniętych jąder gigantycznych gwiazd.
„Nie ma wielu rzeczy we wszechświecie, które emitują ściśle okresowe sygnały”, mówi Daniele Michilli, stażysta w Instytucie Astrofizyki i Badań Kosmicznych im. Kavli w MIT. „Przykładami, które znamy w naszej galaktyce, są pulsary radiowe i magnetary, które obracają się i wytwarzają wiązkę promieniowania podobną do latarni morskiej. Uważamy, że ten nowy sygnał może być magnetarem lub pulsarem na sterydach”.
Zespół ma nadzieję wykryć więcej okresowych sygnałów z tego źródła, które można by następnie wykorzystać jako zegar astrofizyczny. Na przykład częstotliwość wybuchów i sposób, w jaki zmieniają się one w miarę oddalania się źródła od Ziemi, można wykorzystać do pomiaru tempa rozszerzania się wszechświata.
Odkrycie zostało ogłoszone dzisiaj w czasopiśmie Nature, a jego autorami są członkowie współpracy CHIME/FRB, w tym współautorzy z MIT Calvin Leung, Juan Mena-Parra, Kaitlyn Shin i Kiyoshi Masui z MIT, wraz z Michilli, która kierowała odkrycie najpierw jako badacz na Uniwersytecie McGill, a następnie jako postdoc na MIT.
“Boom boom boom”
Od czasu odkrycia pierwszego FRB w 2007 roku, we wszechświecie wykryto setki podobnych rozbłysków radiowych. Radio Astrofizyczne Obserwatorium w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie.
CHIME nieprzerwanie obserwuje niebo, gdy Ziemia się obraca, i ma za zadanie wychwytywać fale radiowe emitowane przez wodór w najwcześniejszych stadiach wszechświata. Teleskop jest również wrażliwy na szybkie rozbłyski radiowe, a odkąd zaczął obserwować niebo w 2018 roku, CHIME wykrył setki FRB pochodzących z różnych części nieba.
Ogromna większość zaobserwowanych do tej pory FRB to jednorazowe – ultrajasne wybuchy fal radiowych, które trwają kilka milisekund, zanim zgasną. Niedawno naukowcy odkryli pierwszy okresowy FRB, który wydawał się emitować regularny wzór fal radiowych. Sygnał ten składał się z czterodniowego okna losowych wybuchów, które następnie powtarzały się co 16 dni. Ten 16-dniowy cykl wskazywał na okresowy wzorzec aktywności, chociaż sygnał rzeczywistych impulsów radiowych był raczej przypadkowy niż okresowy.
21 grudnia 2019 r. CHIME odebrał sygnał potencjalnego FRB, co natychmiast zwróciło uwagę Michilli, która skanowała nadchodzące dane.
„To było niezwykłe” – wspomina. „Nie tylko był bardzo długi, trwał około trzech sekund, ale występowały okresowe szczyty, które były niezwykle precyzyjne, emitując każdy ułamek sekundy – bum, bum, bum – jak bicie serca. To pierwszy raz, gdy sam sygnał jest okresowy.”
Genialne wybuchy
Analizując wzór rozbłysków radiowych FRB 20191221A, Michilli i jego koledzy odkryli podobieństwa do emisji z pulsarów radiowych i magnetarów w naszej własnej galaktyce. Pulsary radiowe to gwiazdy neutronowe, które emitują wiązki fal radiowych, które wydają się pulsować, gdy gwiazda się obraca, podczas gdy podobna emisja jest wytwarzana przez magnetary ze względu na ich ekstremalne pola magnetyczne.
Główną różnicą między nowym sygnałem a emisją radiową z naszych własnych pulsarów galaktycznych i magnetarów jest to, że FRB 20191221A wydaje się być ponad milion razy jaśniejszy. Michilli mówi, że świetliste błyski mogą pochodzić z odległego pulsara radiowego lub magnetara, który zwykle jest mniej jasny, gdy się obraca, iz jakiegoś nieznanego powodu wyrzucał ciąg jasnych błysków w rzadkim trzysekundowym oknie, które CHIME szczęśliwie udało się złapać.
„CHIME wykryło teraz wiele FRB o różnych właściwościach” – mówi Michilli. „Widzieliśmy niektóre, które żyją w bardzo turbulentnych chmurach, podczas gdy inne wyglądają, jakby znajdowały się w czystym środowisku. Na podstawie właściwości tego nowego sygnału możemy powiedzieć, że wokół tego źródła znajduje się chmura plazmy, która musi być niezwykle burzliwy.”
Astronomowie mają nadzieję na uchwycenie dodatkowych rozbłysków z okresowego FRB 20191221A, co może pomóc w lepszym zrozumieniu jego źródła i ogólnie gwiazd neutronowych.
„Wykrycie to rodzi pytanie, co może powodować ten ekstremalny sygnał, którego nigdy wcześniej nie widzieliśmy, i jak możemy wykorzystać ten sygnał do badania wszechświata” – mówi Michilli. „Przyszłe teleskopy obiecują odkryć tysiące FRB miesięcznie, a w tym momencie możemy znaleźć znacznie więcej takich okresowych sygnałów”.
Badania te były częściowo wspierane przez Kanadyjską Fundację Innowacji.