Astronomii au găsit 25 de semnale radio rapide extrem de puternice care se tot repetă

La fel ca undele gravitaționale și exploziile de raze gamma, aceste semnale radio rapide extrem de puternice sunt unele dintre cele mai puternice și misterioase fenomene astronomice de astăzi. Aceste evenimente tranzitorii constau în explozii care emit mai multă energie într-o milisecundă decât produce Soarele în trei zile.

Deși majoritatea acestor semnale radio rapide extrem de puternice (FRB) durează doar câteva milisecunde, au existat cazuri rare în care FRB-urile s-au repetat. În timp ce astronomii sunt încă nesiguri ce anume le cauzează și opiniile variază, observatoarele dedicate și colaborările internaționale au crescut dramatic numărul de evenimente disponibile pentru studiu.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

Un observator important este Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME), un radiotelescop de ultimă generație situat la Dominion Radio Astrophysical Observatory (DRAO), din Columbia Britanică, Canada.

Datorită câmpului său de vedere mare și acoperirii largi de frecvențe, acest telescop este un instrument indispensabil pentru detectarea FRB-urilor (mai mult de 1.000 de surse până în prezent).

Folosind un nou tip de algoritm, CHIME/FRB Collaboration a găsit în datele CHIME dovezi ale 25 de noi FRB-uri care se repetă, care au fost detectate între 2019 și 2021.

CHIME/FRB Collaboration cuprinde astronomi și astrofizicieni din Canada, SUA, Australia, Taiwan și India.

Printre instituțiile partenere se numără DRAO, Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics (DI), Perimeter Institute for Theoretical Physics, the Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA), Anton Pannekoek Institute for Astronomy, the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), Institute of Astronomy and Astrophysics, National Center for Radio Astrophysics (NCRA), Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) și mai multe universități și institute.

Cum au fost detectate aceste semnale radio rapide extrem de puternice?

În ciuda naturii lor misterioase, FRB-urile sunt omniprezente și cele mai bune estimări indică faptul că evenimentele ajung pe Pământ de aproximativ o mie de ori pe zi pe întreg cerul. Niciuna dintre teoriile sau modelele propuse până în prezent nu poate explica pe deplin toate proprietățile exploziilor sau surselor, scrie Science Alert.

În timp ce se crede că unele sunt cauzate de stele neutronice și găuri negre (atribuite densității mari de energie a mediului înconjurător), altele încă nu pot fi clasificate. Din această cauză, alte teorii persistă, de la pulsari și magnetari la GRB și comunicații extraterestre.

CHIME a fost conceput inițial pentru a măsura istoria expansiunii Universului prin detectarea hidrogenului neutru.

La aproximativ 370.000 de ani după Big Bang, Universul a fost pătruns de acest gaz, iar singurii fotoni au fost fie radiația rămasă în urma Big Bangului, Fondul Cosmic de Microunde (CMB), sau cei eliberați de atomi neutri de hidrogen.

Din acest motiv, astronomii și cosmologii numesc această perioadă „Epoca Întunecată”, care s-a încheiat la aproximativ 1 miliard de ani după Big Bang, când primele stele și galaxii au început să reionizeze hidrogenul neutru (Era Reionizării).

Mai exact, CHIME a fost conceput pentru a detecta lungimea de undă a luminii pe care o absoarbe și o emite hidrogenul neutru, cunoscută sub numele de linia de hidrogen de 21 de centimetri. În acest fel, astronomii au putut măsura cât de repede s-a extins Universul în timpul „Epocii Întunecate” și să facă comparații cu erele cosmologice ulterioare care sunt observabile.

O nouă utilizare pentru un instrument existent

Cu toate acestea, CHIME s-a dovedit de atunci a fi ideal și pentru studierea FRB-urilor, datorită câmpului său larg de vedere și gamei de frecvențe pe care o acoperă (400 până la 800 MHz). Acesta este scopul colaborării CHIME/FRB, care este de a detecta și caracteriza aceste semnale radio rapide extrem de puternice și de a le urmări până la sursele lor.

După cum a declarat Ziggy Pleunis, cercetător postdoctoral Dunlap și autor principal, fiecare FRB este descris de poziția sa pe cer și de o cantitate cunoscută sub numele de Măsură de dispersie (DM). Aceasta se referă la întârzierea de la frecvențele înalte la cele joase cauzată de interacțiunile exploziei cu materialul pe măsură ce acesta călătorește prin spațiu.

Într-o lucrare publicată în august 2021, CHIME/FRB Collaboration a prezentat primul catalog de FRB-uri, care conține 536 de evenimente detectate de CHIME între 2018 și 2019, inclusiv 62 de explozii din 18 surse repetate raportate anterior.

Pentru studiul recent, disponibil în ArXiv, Pleunis și colegii săi s-au bazat pe un nou algoritm de grupare care caută mai multe evenimente amplasate pe cer cu DM similare.

„Putem măsura poziția pe cer a FRB-ului și măsura dispersia până la o anumită precizie care depinde de designul telescopului care este utilizat”, a spus Pleunis.

„Algoritmul de grupare ia în considerare toate FRB-urile pe care le-a detectat telescopul CHIME și caută grupuri de FRB-uri care au poziții consistente pe cer și măsuri de dispersie în limitele incertitudinilor de măsurare. Apoi facem diverse verificări pentru a ne asigura că semnalele dintr-un grup vin cu adevărat de la aceeași sursă”, a explicat el.

Semnale radio rapide extrem de puternice se tot repetă în spațiul cosmic

Dintre cele peste 1.000 de FRB-uri detectate până în prezent, doar 29 au fost identificate ca fiind repetitive. În plus, practic toate FRB-urile care se repetă s-au dovedit a se repeta în moduri neregulate. Singura excepție este FRB 180916, descoperit de cercetătorii de la CHIME în 2018 (și raportat în 2020), care pulsa la fiecare 16,35 zile.

Cu ajutorul acestui nou algoritm, CHIME/FRB a detectat 25 de surse repetitive noi, aproape dublând numărul disponibil pentru studiu. În plus, echipa a remarcat câteva caracteristici foarte interesante care ar putea oferi o perspectivă asupra cauzelor și caracteristicilor lor.

„Atunci când numărăm cu atenție toate semnalele radio rapide și sursele care se repetă, constatăm că doar aproximativ 2,6% din toate semnalele pe care le descoperim se repetă”, spune Pleunis.

„Pentru multe dintre sursele noi am detectat doar câteva semnale, ceea ce face sursele destul de inactive. Aproape la fel de inactive ca sursele pe care le-am văzut o singură dată”, a spus el.

„Așadar, nu putem exclude faptul că sursele pentru care am văzut până acum doar un semnal vor arăta în cele din urmă și semnale repetate. Este posibil ca toate sursele rapide de semnale radio să se repete, dar multe surse nu sunt foarte active”, explică astronomul.

„Orice explicație pentru semnalele radio rapide ar trebui să poată justifica hiperactivitatea pentru unele surse, în timp ce altele sunt în mare parte silențioase”, a completat el.

Cel mai mare radiotelescop din lume

Aceste descoperiri ar putea ajuta la realizarea viitoarelor studii, care vor beneficia de radiotelescoape de ultimă generație care vor deveni operaționale în următorii ani.

Printre acestea se numără Square Kilometer Array Observatory (SKAO), care se așteaptă să capteze primul său semnal până în 2027. Situat în Australia, acest telescop cu 128 de antene va fi fuzionat cu matricea MeerKAT din Africa de Sud pentru a crea cel mai mare radiotelescop din lume.

Între timp, rata spectaculoasă cu care sunt detectate noi FRB (inclusiv evenimentele repetitive) ar putea însemna că radioastronomii ar putea fi aproape de o nouă descoperire.

Vă recomandăm să citiți și:

Hera, misiunea de apărare planetară a Agenției Spațiale Europene. Când va fi lansată?

Telescopul Webb a descoperit cea mai rece gheață din Universul cunoscut

Ceva ciudat se întâmplă pe satelitul acoperit cu „zăpadă” al lui Saturn

Ondulațiile din țesătura Universului pot dezvălui începutul timpului