Szybkie fale radiowe (FRB) stały się głównym przedmiotem badań w ciągu ostatniej dekady. W radioastronomii zjawisko to odnosi się do przejściowych impulsów radiowych pochodzących z odległych źródeł kosmologicznych, które zwykle trwają średnio tylko kilka milisekund. Od czasu wykrycia pierwszego zdarzenia w 2007 r. („Wybuch Lorimera”) zaobserwowano trzydzieści cztery FRB, ale naukowcy wciąż nie są pewni, co je powoduje.
Z teoriami od eksplodujących gwiazd i czarnych dziur po pulsary i magnetary - a nawet wiadomości pochodzące od pozaziemskich inteligencji (ETI) - astronomowie postanowili dowiedzieć się więcej o tych dziwnych sygnałach. A dzięki nowemu badaniu przeprowadzonemu przez zespół australijskich badaczy, który użył australijskiego miernika kilometrów kwadratowych Pathfinder (ASKAP), liczba znanych źródeł FRB prawie się podwoiła.
Badanie szczegółowo opisujące ich badania, które niedawno ukazały się w czasopiśmie Natura, był kierowany przez dr Ryana Shannona - naukowca z Swinburne University of Technology i OzGrav ARC Centre of Excellence - i obejmował członków z Międzynarodowego Centrum Badań Radio Astronomy Research (ICRAR), Australia Telescope National Facility (ATNF), ARC Center of Excellence for All-Sky Astrophysics (CAASTRO) i wiele uniwersytetów.
Jak stwierdzili w swoich badaniach, próby zrozumienia FRB jako całości były utrudnione przez wiele czynników. Po pierwsze, poprzednie poszukiwania przeprowadzono przy pomocy teleskopów różniących się czułością, zakresem różnych częstotliwości radiowych oraz w środowiskach o różnych poziomach zakłóceń częstotliwości radiowych - które są wynikiem działalności człowieka.
Po drugie, wcześniejsze wyszukiwania były skomplikowane ze względu na przejściową naturę źródeł i słabą rozdzielczość kątową instrumentów wykrywających, co spowodowało niepewność, jeśli chodzi o źródła FRB i ich jasność. Aby rozwiązać ten problem, zespół przeprowadził dobrze kontrolowane, szerokopasmowe badanie radiowe dla serii wybuchów, które zostały odkryte w 2016 r. I odnalazły galaktykę karłowatą oddaloną o 3,7 miliarda lat świetlnych.
Zespół przeprowadził tę ankietę przy użyciu tablicy ASKAP, najszybszego na świecie teleskopu do badań radiowych w zachodniej Australii. Układ ASKAP, zaprojektowany i opracowany przez Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), składa się z 36 anten antenowych rozmieszczonych na odcinku o średnicy 6 km (3,7 mi).
Korzystając z tego układu, który jest prekursorem przyszłego teleskopu SKA (Square Kilometer Array), zespół badawczy zbadał wybuchy pochodzące z tego odległego kosmologicznego źródła. Oprócz znalezienia większej liczby FRB w ciągu jednego roku niż w jakimkolwiek poprzednim badaniu, zaobserwowano również, że sygnały pochodzą ze źródeł znacznie dalej niż wcześniej sądzono. Jak wyjaśnił dr Shannon w komunikacie prasowym ICRAR:
„Znaleźliśmy 20 szybkich impulsów radiowych w ciągu roku, prawie dwa razy więcej niż liczba wykrytych na całym świecie, odkąd zostały odkryte w 2007 roku. Korzystając z nowej technologii australijskiego miernika kilometrów kwadratowych Pathfinder (ASKAP), udowodniliśmy również, że szybkie impulsy radiowe przybywają z drugiej strony Wszechświata, a nie z naszej własnej galaktycznej dzielnicy. ”
Obserwacje uzupełniające przeprowadzone między 8 a 46 dniem po pierwszych wykryciach wykazały, że żadna seria nie powtórzyła się. 20 wykrytych serii obejmowało również najbliższe źródła, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, nie wspominając o najjaśniejszych. Ich odkrycia wykazały również, że istnieje związek między rozproszeniem serii i jasnością, a także intensywnością i odległością.
Powodem tego jest fakt, że jeszcze większe wybuchy podróżują przez miliardy lat świetlnych przed dotarciem na Ziemię. W trakcie podróży przechodzą przez materiał znajdujący się między źródłem a Ziemią (np. Chmury gazu), co ma na nich wpływ. Jak wyjaśnił dr Jean-Pierre Macquart z węzła Curtin University ICRAR i współautor artykułu:
„Za każdym razem, gdy tak się dzieje, różne długości fal, które tworzą impuls, są spowalniane o różne wartości. W końcu wybuch dociera do Ziemi wraz z rozpiętością długości fal docierających do teleskopu w nieco innym czasie, jak pływacy na linii mety. Czas przybycia różnych długości fali mówi nam, ile materiału przemierzył wybuch podczas swojej podróży. A ponieważ pokazaliśmy, że szybkie fale radiowe pochodzą z dużej odległości, możemy je wykorzystać do wykrycia wszystkich brakujących materii znajdujących się w przestrzeni między galaktykami - co jest naprawdę ekscytującym odkryciem ”.
Dzięki tej najnowszej grupie odkryć naukowcy rozumieją teraz, że wykryte dotąd FRB powstały po drugiej stronie kosmosu, a nie w naszej galaktyce. Jednak wciąż nie jesteśmy bliżsi ustalenia, co je powoduje lub z jakich galaktyk pochodzą. Ale dzięki próbce badawczej, która obecnie składa się z 48 detekcji, naukowcy prawdopodobnie dowiedzą się znacznie więcej w nadchodzących latach.
Dla dr Shannona i jego zespołu badawczego kolejnym wyzwaniem będzie wskazanie lokalizacji wybuchów na niebie. „Będziemy w stanie zlokalizować wybuchy z dokładnością do jednej tysięcznej stopnia” - powiedział. „To mniej więcej szerokość ludzkiego włosa widzianego w odległości dziesięciu metrów i wystarczająco dobra, aby powiązać każdą serię z określoną galaktyką”.
W międzyczasie oczekuje się, że badania FRB doprowadzą do poważnych przełomów w astronomii. Już teraz zespół naukowców z CSIRO wykorzystał Obserwatorium Parkesa w Australii do wykrycia FRB w 2016 r., Co zostało następnie zaobserwowane przez wiele obserwatoriów na całym świecie. W rezultacie zespół był w stanie zidentyfikować źródło (galaktyka eliptyczna oddalona o 6 miliardów lat świetlnych) i określić przesunięcie ku czerwieni sygnału.
Ten bezprecedensowy wyczyn pozwolił zespołowi badawczemu zmierzyć gęstość materii pośredniej między tą galaktyką a Ziemią, co potwierdziło, że nasze obecne modele pomiaru gęstości materii we Wszechświecie są prawidłowe. Innymi słowy, zespół był w stanie znaleźć „brakującą materię” Wszechświata, używając FRB jako miarki. Lub, jak ujął to dr Jean-Pierre Macquart, starszy wykładowca na Curtin University i jeden z naukowców odpowiedzialnych za odkrycie:
„[FRB] to w rzeczywistości laboratoria fizyki, które badają ekstremum materii i energii, do których nie mamy dostępu w laboratoriach naziemnych. I właśnie taka fizyka będzie napędzać przyszłe postępy technologiczne w przyszłych pokoleniach. ”
Ostatnie badania wykazały również, że FRB są bardzo częstym zjawiskiem kosmologicznym, występującym mniej więcej co sekundę w naszym Wszechświecie. Dzięki niebawem potężnym narzędziom obserwacyjnym, takim jak Square Kilometer Array (SKA), Large Latin American Millimeter Array (LLAMA) i Qitai 110m Radio Telescope - naukowcy z pewnością zobaczą o wiele więcej FBR w najbliższej przyszłości.
Z każdym nowym wykryciem możemy dowiedzieć się więcej o tym, co powoduje te dziwne błyski i jak można je wykorzystać do odblokowania tajemnic naszego Wszechświata. W międzyczasie zapoznaj się z tym wywiadem z dr Shannon i zespołem odkrywców, dzięki uprzejmości CSIRO:
