8 Minuten
Artimiausias ir ryškiausias kada nors astronomų užfiksuotas greitasis radijo pliūpsnis. Žavusis „RBFLOAT“ radijo pliūpsnis, kilęs netoli Ursa Major žvaigždyno, suteikia iki šiol aiškiausią vaizdą apie aplinką, su kuria susiję šie paslaptingi blyksniai. Kreditas: Danielle Futselaar
vietinis blyksnis, perrašantis stebėjimo galimybes FRB
Greitasis radijo pliūpsnis (FRB) yra intensyvus, milisekundžių trukmės radijo spindesys, kuris trumpam gali nustelbti visus kitus radijo šaltinius savo šeimininkės galaktikoje. Kai kurie FRB yra tokie ryškūs, kad jų radijo signalai aptinkami milijardų šviesmečių atstumu. Tačiau nepaisant daugiau nei dešimtmečio aptikimų, šių trumpalaikių žybsnių fizinis kilmės mechanizmas vis dar nėra galutinai aiškus.
2025 m. kovo 16 d. kanadiečių Vandenilio intensyvumo žemėlapių eksperimentas (CHIME) ir jo naujos palydovinės stotys CHIME Outriggers užfiksavo nepaprastai ryškų FRB. Maždaug už 130 milijonų šviesmečių, NGC 4141 spiralinėje galaktikoje Ursa Major žvaigždyno kryptimi, esantis pliūpsnis yra tarp artimiausių ir ryškiausių iki šiol užregistruotų FRB. Dėl neįprasto ryškumo ir artumo jam suteiktas neformalus pavadinimas „RBFLOAT“ — radio brightest flash of all time — ir, svarbiausia, tai astronomams atvėrė neprecedentinę galimybę tyrinėti aplinką aplink greituosius radijo pliūpsnius.
„Kosmiškai žiūrint, šis greitasis radijo pliūpsnis yra tarsi mūsų kaimynystėje,“ sakė Kiyoshi Masui, asocijuotas fizikos profesorius ir MIT Kavli astrofizikos ir kosmoso tyrimų instituto bendradarbis. „Tai reiškia, kad turime galimybę išsamiai ištirti gana įprastą FRB."
CHIME, CHIME Outriggers ir lokalizacijos šuolis
CHIME yra didelė cilindrinių, pusiau vamzdinių antenų sistema Britų Kolumbijoje, iš pradžių sukurta vandenilio žemėlapiams per kosminį laiką rengti. Nuo veiklos pradžios 2018 m. CHIME tapo vienu produktyviausių FRB aptikėjų pasaulyje, pranešdamas apie tūkstančius pliūpsnių virš dangaus. Tačiau pati pagrindinė CHIME sistema neturėjo pakankamos kampinės precizikos, kad visada tiksliai nustatytų pliūpsnių padėtį jų šeimininkų galaktikose.
Sprendžiant šią problemą, mokslininkai diegė CHIME Outriggers: tris mažesnes, CHIME tipo stotis, paskirstytas po Šiaurės Ameriką. Veikdamos koherentiškai su pagrindine CHIME masyvu, Outriggers sudaro žemyną apimančią interferometrijos sistemą, galinčią lokalizuoti labai ryškius, milisekundžių trukmės radijo blyksnius iki sub-arksekundinės tikslumo. Šis tinklo atnaujinimas transformavo CHIME iš galingo viso dangaus aptikėjo į aukštos precizikos lokalizatorių ryškiausiems FRB.
„Įsivaizduokite, kad esame Niujorke, o Floridoje užsidega žibintinukas, kuris šviečia tūkstantąją sekundės dalį,“ sakė Shion Andrew, Kavli doktorantas MIT. „FRB lokalizavimas iki konkrečios šeimininkės galaktikos dalies yra panašus į tai, kaip sužinoti ne tik iš kokio medžio kilo žibintinukas, bet ant kurios šakos jis sėdi.“ CHIME + Outriggers sistema atliko tokią pažangą RBFLOAT atveju: ji identifikavo NGC 4141 kaip šeimininkę ir nustatė pliūpsnio vietą prie aktyvios žvaigždžių susidarymo srities krašto.
Šeimininkės galaktikos aplinka ir pasekmės kilmingiesiems šaltiniams
Papildomas vaizdavimo ir spektroskopijos tyrimas išdėstė RBFLOAT NGC 4141 žvaigždžių formavimosi komplekso periferijoje. Toks išsidėstymas yra svarbus užuomina. Viena iš pagrindinių hipotezių bent daliai FRB yra magnetarai — jauni, stipriai magnetizuoti neutroniniai žvaigždės, žinomos dėl energetinių blyksnių visame elektromagnetiniame spektre. Kadangi magnetarai dažnai siejami su neseniai susiformavusiomis žvaigždžių sritimis, pliūpsnis, rastas giliau tokioje zonoje, būtų stiprus įrodymas už labai jauno magnetaro. RBFLOAT vieta ant krašto rodo šiek tiek vyresnį kilmingąjį šaltinį, galbūt magnetarą, kuris nutolo arba senstelėjo už tankiausių jaunų žvaigždžių sankaupų ribų.
„Tai daugiausia užuominos,“ sakė Masui. „Bet tiksli šio pliūpsnio lokalizacija leidžia mums gilintis į tai, kiek metų galėtų būti FRB šaltinis. Jeigu jis būtų tiesiai centre, tai reikštų, kad jam būtų vos keli tūkstantmečiai — labai jauna žvaigždė. Šis, būdamas krašte, gali būti truputį vyresnis."
Aplink FRB esanti aplinka palieka matomus pėdsakus radijo signale: dispersiją ir sklaidymą dėl tarpinio plazmos sluoksnio, Faradėjaus rotaciją dėl magnetinių laukų ir dujų absorbciją vietinėje aplinkoje. Kadangi RBFLOAT yra tiek ryškus, tiek artimas, šiuos sklidimo ženklus galima išmatuoti su didesniu signalas-triukšmo santykiu nei tolimų pliūpsnių atveju. Pagerėjusi matavimo kokybė leidžia griežčiau apriboti tankį, magnetizaciją ir FRB aplinkos struktūrą, taip tobulinant modelius apie tai, kaip susidaro blyksniai ir kaip jie evoliucionuoja laike.
Vienkartinis įvykis ar besikartojantis šaltinis? Ką atskleidžia archyvai
Nuo pirmojo FRB atradimo 2007 m. astronomai katalogavo daugiau nei 4 000 pliūpsnių. Dauguma yra vienkartiniai įvykiai; mažuma kartojasi epizodiškai, o dar mažesnė grupė rodo periodinę ar kvazi-periodinę veiklą. Nustatyti, ar besikartojantys ir nebesikartojantys FRB kyla iš tų pačių fizinių mechanizmų, išlieka esminis klausimas. Vienas iš būdų tai patikrinti — patikrinti archyvinius duomenis šaltinio koordinates dėl ankstesnės veiklos.
CHIME nuolatinis stebėjimas ir Outriggers suaktyvinta įrašymo sistema leido atlikti išsamų retrospektyvinį tyrimą. Bendradarbiavimas peržiūrėjo šešerių metų CHIME stebėjimų duomenis NGC 4141 koordinatėse, bet nerado ankstesnių pliūpsnių iš tos srities. Bent per pastaruosius šešerius metus RBFLOAT atrodo esąs vienkartinis, nebesikartojantis įvykis. Atsižvelgiant į jo artumą ir intensyvumą, priskyrimas prie nebesikartojančių suteikia tyrėjams retą galimybę žemėlapiuoti FRB aplinką, kuris, kaip manoma, nepasikartos, ir palyginti ją su kartotojais.
„Šiuo metu esame viduryje diskusijos, ar besikartojantys ir nebesikartojantys FRB yra skirtingi,“ pažymėjo Masui. „Šie stebėjimai sudeda vieną po kitos galvosūkių dalis.“ Adam Lanman, MIT fizikos postdoktorantas ir atradimo straipsnio bendraautorius, pabrėžė didėjančią įvairovę: „Gaudami tokias tikslias FRB nuotraukas, geriau matome aplinkų įvairovę, iš kurių jie kyla."
Ekspertų įžvalga
Dr. Elena Ruiz, fiktyvi astrofizikė, kuri specializuojasi kompaktiškų objektų magnetosferose ir yra vyresnioji tyrėja dideliame observatorijoje, suteikia kontekstą: „RBFLOAT — retas dovanų atvejis. Artimas, ultraryškus FRB leidžia tirti magneto-joninę aplinką su detale, paprastai prieinama daug arčiau esančių pastovių šaltinių atvejams. Jeigu magnetarai yra atsakingi, periferinė vieta rodo tokių FRB generuojančių neutroninių žvaigždžių populiaciją, kuri yra vyresnė nei ta, kuri įsikūrusi tankiuose žvaigždžių darželiuose. Tolesni daugiajuostiniai stebėjimai — radijo poliarizacija, rentgeno stebėjimai ir gilus optinis spektroskopinis tyrimas — padės atskirti konkuruojančias kilmės hipotezes."
Jos vertinimas pabrėžia praktišką veiksmų planą: derinti didelio laiko raiškumo radijo duomenis su rentgeno ir optiniais tyrimais, siekiant aptikti nuolatinius atitikmenis, smūginius požymius ar liekanas, kurios galėtų sieti FRB su konkrečiu evoliuciniu keliu.
Technologija, finansavimas ir kelias į priekį
RBFLOAT demonstruoja, kaip instrumentiniai atnaujinimai išplečia mokslines galimybes. CHIME Outriggers tinklas buvo finansuotas Gordon and Betty Moore Foundation ir JAV Nacionalinio mokslo fondo (NSF), tuo tarpu CHIME pradinė statyba sulaukė paramos iš Canada Foundation for Innovation bei Kvebeko, Ontarijo ir Britų Kolumbijos provincijų. Šis filantropinių ir viešųjų investicijų derinys leido įgyvendinti žemyną apimantį interferometrijos tinklą, būtiną aukštos precizikos FRB lokalizacijai.
Žvelgiant į ateitį, CHIME bendradarbiavimas tikisi lokalizuoti šimtus FRB per metus, kol Outriggers lieka veikiančios ir masyvas toliau optimizuoja realaus laiko suveikimus. Didėjant lokalizacijos rodikliams, taip pat didės statistinis mėginys, siejantis FRB su šeimininkų galaktikų savybėmis: žvaigždžių amžiumi, metalitiškumu, žvaigždžių formavimosi lygiu ir vietine magnetine aplinka. Toks demografinis žemėlapis yra esminis, norint nustatyti, ar besikartojantys ir nebesikartojantys FRB priklauso vienai kilmės klasei, ar atsiranda per kelis kanalus, pavyzdžiui, jaunus magnetarus, sąveikaujančias binarines sistemas ar egzotiškus kompaktiškų objektų susidūrimus.
Išvada
RBFLOAT — nepaprastai ryškus, artimas greitasis radijo pliūpsnis, užfiksuotas NGC 4141 — žymi posūkį FRB moksle. Derindami CHIME didelio lauko jautrumą su CHIME Outriggers kampine precizika, astronomai priskyrė pliūpsnį prie žvaigždžių formavimosi srities krašto ir šešerių metų archyviniuose duomenyse nerado jokių ankstesnių pasikartojimų. Šie stebėjimai susiaurina kilmės hipotezes, pirmenybę teikdami modeliams, galintiems veikti mažiau centrinėse žvaigždžių formavimo aplinkose, ir pabrėžia magnetarus kaip tikėtiną šaltinių klasę, galinčią apimti įvairų amžių diapazoną.
Už RBFLOAT atvejo ribų rezultatas demonstruoja, kaip techniniai patobulinimai ir koordinuoti tolesni tyrimai gali paversti trumpalaikius milisekundžių įvykius turtingais astrofiziniais tyrimais. Kai CHIME ir kitos naujos kartos radijo observatorijos išplės savo lokalizacijos galimybes, astrofizikos bendruomenė bus pasirengusi išspręsti, ar FRB yra vienas reiškinys, ar skirtingų kosminių blyksnių šeima — ir ką šie paslaptingi pliūpsniai atskleidžia apie ekstremalią fiziką, neutroninių žvaigždžių evoliuciją bei magnetizuotą tarpgalaktinę terpę.
Quelle: sciencedaily
Kommentare