Explozii radio rapide in spațiu începând din 2020

Misterioasele explozii radio rapide sau sclipirile luminoase de milisecunde de unde radio din spațiu au intrigat astronomii de la prima detectare a fenomenului în 2007. Semnalele enigmatice, cunoscute sub numele de FRB, eliberează în mai puțin de o clipire de ochi la fel de multă energie pe cât emite soarele într-o zi.

Cercetătorii încă încearcă să deslușească ce sunt impulsurile celeste, precum și cum și unde se produc

Telescoapele specializate au permis astronomilor să urmărească exploziile radio în interiorul galaxiei Calea Lactee, precum și la o distanță de până la 8 miliarde de ani lumină.

Acum, patru noi studii oferă răspunsuri cu privire la locul de origine al exploziilor radio rapide, ceea ce ar putea pune în lumină cauzele acestora – însă locațiile a două explozii radio descrise recent sunt extrem de diferite.

Una dintre exploziile radio rapide pare să provină din mediul haotic și magnetic activ din apropierea unui tip de stea neutronică densă numită magnetar. Între timp, cealaltă explozie radio rapidă, pe care oamenii de știință au observat-o pulsând pe parcursul mai multor luni, a venit de la periferia unei galaxii îndepărtate, moarte și înfometată.

Pentru a descoperi ambele explozii, cercetătorii au utilizat un aparat de vânătoare de explozii radio rapide numit CHIME, sau radiotelescopul Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment

Instrumentul a permis detectarea a mii de FRB începând din 2020.

„Acesta este un pas mai aproape de dezlegarea unui mister cosmic profund”, a declarat Ryan Mckinven, unul dintre autorii celor patru studii, într-o declarație. „FRBs sunt omniprezente, dar adevărata lor natură rămâne în mare parte necunoscută. Fiecare descoperire pe care o facem cu privire la originile lor deschide o nouă fereastră în dinamica universului.”

Cu cât oamenii de știință stabilesc mai multe detalii cu privire la originile variate ale exploziilor radio rapide, cu atât sunt mai aproape de înțelegerea a ceea ce produce impulsurile în primul rând.

O poveste de origine „sclipitoare

Sclipirea rapidă a unei explozii radio rapide denumită FRB 20221022A a atras atenția unei echipe internaționale de cercetători în 2022, când CHIME a detectat-o pentru prima dată. Radiotelescopul, alcătuit din patru receptoare mari în formă de jumătate de țeavă, este situat în apropiere de Penticton, Columbia Britanică.

Explozia a durat doar 2,5 milisecunde și a avut aceeași strălucire ca alte explozii radio rapide. Dar a fost remarcabilă deoarece lumina emisă de explozie a fost puternic polarizată, ceea ce înseamnă că undele radio se deplasează în mare parte de-a lungul unei traiectorii specifice – în acest caz, călătorind într-un mod care seamănă cu o curbă lină în formă de S.

Modelul de emisie al undelor radio a sugerat că locul care a emis explozia se rotea și a amintit echipei de cercetare de magnetari, sau stele neutronice rotative puternic magnetizate care emit unde radio. Oamenii de știință au teoretizat de mult timp că stelele neutronice, rămășițele ultradense ale nucleului lăsate în urmă după explozia stelelor masive, sunt la originea exploziilor radio rapide.

În încercarea de a explica cum se formează FRB, oamenii de știință au două teorii concurente

„Modelele populare de origine a stelelor neutronice pot fi efectiv împărțite în două tabere: una în care semnalul se formează în mediul magnetic al stelei și alta în care se produce mult mai departe, condus de un șoc lansat de stea”, a declarat Mckinven, autor principal al studiului care a urmărit FRB 20221022A până la o galaxie și coautor al studiului însoțitor. El este cercetător doctoral în cadrul departamentului de fizică al Universității McGill din Montreal.

Pentru a determina care scenariu se aplică la FRB 20221022A, echipa a căutat scintilația, sau efectul de strălucire creat atunci când lumina unui obiect mic și strălucitor, cum ar fi o stea, se filtrează prin mediul interstelar sau gazul unei galaxii. Cu cât un obiect este mai mic sau mai îndepărtat, cu atât strălucește mai mult, a declarat Dr. Kenzie Nimmo, autor principal al studiului însoțitor și Kavli Postdoctoral Fellow la Massachusetts Institute of Technology.

„Am descoperit că acest FRB prezintă „sclipiri”, similar cu modul în care stelele par să sclipească pe cerul nopții”, a spus Nimmo. „Observarea acestei scintilații indică faptul că regiunea în care a luat naștere FRB trebuie să fie incredibil de mică”.

Modelul sclipirii exploziei a sugerat că aceasta și-a avut originea aproape de sursă, mai degrabă decât într-o regiune mai mare și mai îndepărtată, care ar aparține unei unde de șoc

Echipa lui Nimmo a localizat explozia responsabilă de explozie în magnetosferă, o zonă activă din punct de vedere magnetic aflată la aproximativ 10.000 de kilometri de o stea neutronică în rotație. Aceasta este mai mică decât distanța dintre New York și Singapore, au declarat cercetătorii.

Apropierea acestei mici regiuni din jurul unei stele de la o distanță de 200 de milioane de ani-lumină este „ca și cum am putea măsura lățimea unei elice de ADN, care are o lățime de aproximativ 2 nanometri, pe suprafața lunii”, a declarat Kiyoshi Masui, profesor asociat de fizică la MIT, într-o declarație. Masui a fost coautor al ambelor studii Nature.

„FRB trebuie să fi provenit din mediul intens magnetic din jurul unei stele neutronice, unul dintre cele mai extreme medii din univers”, a declarat Nimmo.

Descoperirea este prima dată când astronomii au stabilit că FRB pot fi generate în imediata vecinătate a unei stele neutronice – un obiect ceresc cu cel mai puternic câmp magnetic cunoscut. Cercetătorii încă încearcă să își dea seama cum a explodat explozia departe de câmpul magnetic al stelei, care este plin de plasmă densă, sau gaz foarte încărcat.

Semne de viață dintr-o galaxie antică

O echipă de astronomi din cadrul colaborării CHIME, inclusiv autorii celor două studii Nature, a fost surprinsă când o nouă explozie radio, denumită FRB 20240209A, a izbucnit în februarie 2024 și a continuat să producă 21 de impulsuri suplimentare până în iulie. Explozia face obiectul a două studii complementare publicate marți în The Astrophysical Journal Letters.

Șase dintre aceste impulsuri au fost detectate de un telescop outrigger aflat la 41 de mile (66 de kilometri) distanță de CHIME. Outriggers sunt versiuni mai mici ale telescopului CHIME, care pot ajuta astronomii să localizeze cu precizie un anumit loc de unde provine un FRB pe cerul nopții.

Echipa a localizat explozia radio rapidă repetată la marginea unei galaxii vechi de 11,3 miliarde de ani, situată la 2 miliarde de ani-lumină de Pământ. Apoi, cercetătorii au folosit telescoapele de la observatoarele W. M. Keck și Gemini din Hawaii pentru a descoperi mai multe detalii despre galaxia veche, moartă, în care nu se formează stele noi.

„Pare să fie cea mai masivă galaxie gazdă a FRB de până acum”, a declarat Tarraneh Eftekhari, autorul principal al unuia dintre studii și cercetător NASA Einstein Fellow la Centrul pentru Explorare Interdisciplinară și Cercetare în Astrofizică (CIERA) al Universității Northwestern.
„Este printre unele dintre cele mai masive galaxii existente”.

Dar urmărirea FRB 20240209A până la sursa sa a arătat că explozia a provenit de la periferia galaxiei, unde nu există aproape nicio stea, la aproximativ 130 000 de ani lumină de centrul galactic.