Λύστε το περίεργο μυστήριο των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων

Αυτή η εργασία αποδεικνύει ότι νέα τηλεσκόπια με μοναδικές δυνατότητες, όπως το ATA, μπορούν να δώσουν μια νέα οπτική γωνία για τα εξαιρετικά μυστήρια της επιστήμης του FRB.

Μια ομάδα επιστημόνων του Ινστιτούτου SETI αποκάλυψε νέες ιδέες για το κοσμικό μυστήριο που είναι γνωστό ως γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις (FRBs). Η ανακάλυψη και η λεπτομερής παρατήρηση της επανάληψης του FRB 20220912A, που πραγματοποιήθηκε στη Συστοιχία Τηλεσκοπίων Άλεν (ATA) του Ινστιτούτου SETI, έχει ρίξει φως στη φύση αυτών των διαστημικών σημάτων.

Τα FRB είναι σύντομες, έντονες λάμψεις ραδιοκυμάτων από το βαθύ διάστημα. Ενώ τα περισσότερα συμβαίνουν μόνο μία φορά, ορισμένοι «επαναληπτικοί» στέλνουν σήματα περισσότερες από μία φορές, θολώνοντας περαιτέρω την κατανόηση της προέλευσής τους. Πάνω από 541 ώρες παρατήρησης, οι ερευνητές ανακάλυψαν 35 FRB από το FRB 20220912A. Οι παρατηρήσεις, που έγιναν με χρήση ΑΤΑ, κάλυψαν ένα ευρύ φάσμα ραδιοσυχνοτήτων και αποκάλυψαν συναρπαστικά μοτίβα. Και τα 35 FRB βρίσκονται στο κάτω μέρος του φάσματος συχνοτήτων, το καθένα με μια μοναδική ενεργειακή υπογραφή.

Τα δυναμικά φάσματα (ή μοτίβα “καταρράκτη”) όλων των ριπών από το FRB 20220912A ανιχνεύθηκαν χρησιμοποιώντας τη διάταξη του τηλεσκοπίου Allen, τα προφίλ παλμών με μέσο όρο συχνότητας και τα φάσματα με μέσο όρο χρόνου.
Οι κόκκινες σκιασμένες περιοχές στις γραφικές παραστάσεις της χρονοσειράς υποδεικνύουν τη χρονική περίοδο συγκεκριμένων υπο-εκρήξεων, με κόκκινες κάθετες γραμμές που σηματοδοτούν τα όρια γειτονικών δευτερευουσών εκρήξεων. Πίστωση: Ινστιτούτο SETI

Πληροφορίες από παρατηρήσεις του Ινστιτούτου SETI

«Αυτή η εργασία είναι συναρπαστική επειδή παρέχει επιβεβαίωση γνωστών ιδιοτήτων FRB και την ανακάλυψη ορισμένων νέων», είπε η Δρ Σοφία Σάιχ του Ινστιτούτου SETI, μεταδιδακτορικός συνεργάτης του NSF MPS-Ascend και επικεφαλής συγγραφέας. “Περιορίζουμε την πηγή των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων, για παράδειγμα, σε ακραία αντικείμενα όπως τα μαγνητάρια, αλλά κανένα υπάρχον μοντέλο δεν μπορεί να εξηγήσει όλες τις ιδιότητες που έχουν παρατηρηθεί μέχρι στιγμής. Ήταν υπέροχο να συμμετάσχω στην πρώτη μελέτη FRB που διεξήχθη με την ATA – Αυτή η εργασία αποδεικνύει ότι νέα τηλεσκόπια με μοναδικές δυνατότητες, όπως το ATA, μπορούν να δώσουν μια νέα οπτική γωνία για τα εξαιρετικά μυστήρια της επιστήμης FRB.

Αναλυτικά αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας (MNRAS), εμφανίζει τις ενδιαφέρουσες συμπεριφορές των FRB. Αυτά τα διφορούμενα σήματα δείχνουν μια μετατόπιση συχνότητας προς τα κάτω, μια σύνδεση μεταξύ του εύρους ζώνης και της κεντρικής συχνότητας και αλλαγές στη διάρκεια ριπής με την πάροδο του χρόνου. Η ομάδα παρατήρησε επίσης κάτι που δεν είχε αναφερθεί πριν: υπήρξε μια αισθητή μείωση στην κεντρική συχνότητα των εκρήξεων κατά τη διάρκεια των δύο μηνών παρατήρησης, αποκαλύπτοντας μια απροσδόκητη κοσμική ολίσθηση.

Δύο παράμετροι του συνόλου δεδομένων FRB 20220912A – η κεντρική συχνότητα και το εύρος ζώνης – σχεδιάζονται με την πάροδο του χρόνου, σε MJD, από την αρχή της καμπάνιας έως το τέλος της (χρονική περίοδος περίπου 60 ημερών). Το πλαίσιο α) υποδεικνύει ότι η κεντρική συχνότητα του FRB μειώνεται κατά τη διάρκεια της καμπάνιας (με τα υπολείμματα από τις οδηγίες προσαρμογής και τις μη παραμετρικές οδηγίες LOWESS που εμφανίζονται παρακάτω με μπλε χρώμα). Ο πίνακας β) δείχνει την ίδια μείωση με την πάροδο του χρόνου για το εύρος ζώνης. Πίστωση: Ινστιτούτο SETI

Επιπλέον, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτές τις παρατηρήσεις για να προβλέψουν το σημείο καμπής για το φωτεινότερο FRB 20220912A, υποδεικνύοντας τη συμβολή τους στο συνολικό ρυθμό κοσμικού σήματος. Μάλιστα, το συγκεκριμένο αντικείμενο ήταν υπεύθυνο για ένα μικρό ποσοστό όλων των ισχυρών γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων στον ουρανό κατά τη διάρκεια αυτών των παρατηρήσεων.

Η μελέτη εξέτασε επίσης τα χρονικά μοτίβα των ακολουθιών ριπών, αναζητώντας την επανάληψη εντός και μεταξύ των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων. Δεν βρέθηκε κανένα σαφές μοτίβο, υπογραμμίζοντας το απρόβλεπτο αυτών των ουράνιων φαινομένων.

Ο ρόλος της συστοιχίας τηλεσκοπίων Άλεν

Αυτή η εργασία καταδεικνύει τον σημαντικό ρόλο που παίζει το ATA στο ξεκλείδωμα των μυστηρίων των γρήγορων ραδιοφωνικών εκρήξεων. Το ATA έχει τη μοναδική ικανότητα να καταγράφει μεγάλους αριθμούς καναλιών συχνότητας ταυτόχρονα, ακόμα κι αν είναι πολύ διαστήματα μεταξύ τους – για παράδειγμα, όπου ορισμένες συχνότητες είναι πολύ υψηλές και άλλες πολύ χαμηλές. Αυτό επιτρέπει τους δειγματοληπτικούς ελέγχους κατά την άφιξη του FRB, για να περιορίσουν τι κάνει το FRB σε υψηλές και χαμηλές συχνότητες ταυτόχρονα. Οι συνεχείς ενημερώσεις υπόσχονται περισσότερες δυνατότητες για να βλέπουμε αμυδρές γρήγορες ριπές ραδιοφώνου σε περισσότερες συχνότητες ταυτόχρονα, διασφαλίζοντας ότι το ATA παραμένει στην πρώτη γραμμή της ανάπτυξης της κατανόησής μας για τις γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις.

Allen Telescope Array (ATA) που βασίζεται στο Ραδιοπαρατηρητήριο Αστρονομίας Hat Creek, Καλιφόρνια, ΗΠΑ. Το ATA λειτουργεί από το Ινστιτούτο SETI, έχει σχεδιαστεί ως ειδικό εργαλείο για τεχνολογικές αναζητήσεις υπογραφών και έχει τη δυνατότητα να είναι μια ισχυρή εγκατάσταση για τη μελέτη των παροδικών περιστατικών. Credit: Joe Marvia

«Είναι συναρπαστικό να βλέπεις την ATA να συμμετέχει στην έρευνα FRB τρία χρόνια μετά την έναρξη του προγράμματος αναβάθμισης», δήλωσε ο Δρ. Wael Farah, επιστήμονας του έργου ATA στο Ινστιτούτο SETI και συν-συγγραφέας. «Η ATA διαθέτει μοναδικές δυνατότητες που χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες ερευνητικές προσπάθειες, συμπεριλαμβανομένων των γρήγορων μεταβατικών επιχειρήσεων».

Αυτή η ανακάλυψη ορόσημο αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στη συνεχιζόμενη αναζήτηση για την αποκάλυψη των μυστικών των ακραίων αντικειμένων στο σύμπαν. Καθώς οι επιστήμονες συνεχίζουν να εξερευνούν το σύμπαν, κάθε μοναδικό χαρακτηριστικό που ανακαλύπτουμε μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση της προέλευσης και της φύσης αυτών των συναρπαστικών κοσμικών σημάτων.

Παραπομπή: «Χαρακτηρισμός του επαναλαμβανόμενου FRB 20220912A με χρήση της διάταξης τηλεσκοπίων Allen» από τη Sophia Z. Sheikh, Wael Farah, Alexander W. Pollack, Andrew B. V., Simeon, Muhammad A. Shamma, Luigi F. Κρουζ, Ρόι Χ. Ντέιβις, Ντέιβιντ Ρ. Οι DeBoer, Vishal Gajjar, Phil Karn, Jamar Keetling, Wenbin Lu, Mark Masters, Pranav Premnath, Sarah Schultz, Carol Shoemaker, Gurmehar Singh και Michael Snodgrass, δέχτηκαν, Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.
arXiv: 2312.07756