Astronomowie rzucają nowe światło na powstawanie tajemniczych FRB
Międzynarodowy zespół naukowców poinformował o odkryciu pulsara radiowego w galaktycznym magnetarze, który wyemitował szybki błysk radiowy w 2020 roku. Obserwacje tego zjawiska sugerują, że „błyski” i „impulsy” mają unikalne pochodzenie, co wprowadza nowe spojrzenie na teorię powstawania tzw. szybkich radiowych rozbłysków (FRB).
Radioteleskop Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST). Źródło: Bojun Wang, Jinchen Jiang & Qisheng Cui
Ponad 15 lat po odkryciu szybkich błysków radiowych (FRB), które są krótkotrwałymi eksplozjami promieniowania elektromagnetycznego w głębokim kosmosie trwającymi jedynie milisekundy, astronomowie na całym świecie intensywnie badają Wszechświat w poszukiwaniu wskazówek dotyczących ich pochodzenia i przyczyn.
Prawie wszystkie dotychczas zidentyfikowane FRB pochodziły z obszarów głębokiego kosmosu, poza granicami naszej Galaktyki, Drogi Mlecznej. Jednak w kwietniu 2020 roku miało miejsce przełomowe odkrycie – po raz pierwszy wykryto galaktyczne FRB oznaczone jako FRB 20200428. To wyjątkowe zdarzenie miało swoje źródło w magnetarze o nazwie SGR J1935+2154, który jest gęstą gwiazdą neutronową o rozmiarze porównywalnym do miasta i posiada niezwykle silne pole magnetyczne.
Przełomowe odkrycie galaktycznego błysku radiowego wywołało spekulacje, że FRB obserwowane w odległościach kosmologicznych poza naszą Galaktyką mogą być również generowane przez magnetary. Jednakże, wciąż brakuje niepodważalnego dowodu na potwierdzenie tego scenariusza, takiego jak wykrycie okresu rotacji wynikającego ze spinu magnetara. Nowe badania nad SGR J1935+2154 rzucają jednak nowe światło na tę ciekawą rozbieżność.
W czasopiśmie Science Advances z 28 lipca 2023 roku międzynarodowy zespół naukowców donosi o dalszym monitorowaniu SGR J1935+2154 po FRB z kwietnia 2020 roku i odkryciu innego zjawiska kosmologicznego znanego jako faza pulsara radiowego pięć miesięcy później.
Rozwikłanie kosmologicznej zagadki
Aby pomóc w poszukiwaniu odpowiedzi, astronomowie wykorzystują potężne radioteleskopy, takie jak gigantyczny Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) w Chinach. Dzięki temu teleskopowi naukowcy są w stanie monitorować FRB oraz inne aktywności w głębokim kosmosie. W ramach tych obserwacji za pomocą FAST astronomowie odkryli, że FRB 20200428 oraz kolejne impulsy pulsara pochodzą z obszarów znajdujących się w zasięgu magnetara, co sugeruje różne źródło ich pochodzenia.
Podczas 13-dniowych obserwacji źródła, teleskop FAST zarejestrował 795 impulsów w ciągu 16,5 godziny – oświadczył Weiwei Zhu, główny autor artykułu z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Chinach (NAOC). Te impulsy wykazują inne charakterystyki obserwacyjne niż wybuchy obserwowane dotychczas z tego źródła.
Ta różnorodność w trybach emisji z obszaru magnetosfery stanowi klucz do zrozumienia, jak i gdzie FRB oraz pokrewne zjawiska pojawiają się w naszej Galaktyce, a być może również w odległych regionach kosmosu.
Impulsy radiowe są kosmicznymi eksplozjami elektromagnetycznymi, podobnymi do FRB, lecz o zazwyczaj znacznie mniejszej jasności, około 10 rzędów wielkości niż FRB. Te impulsy nie są typowo obserwowane w magnetarach, ale w innych rotujących gwiazdach neutronowych znanych jako pulsary. Według Zhanga, współautora artykułu i dyrektora Nevada Center of Astrophysics, większość magnetarów nie emituje impulsów radiowych przez większość czasu, co jest prawdopodobnie związane z ich niezwykle silnymi polami magnetycznymi. Jednakże, jak w przypadku SGR J1935+2154, niektóre z magnetarów stają się tymczasowymi pulsarami radiowymi po pewnych wybuchach.
Kolejną różnicą między błyskami a impulsami jest ich „faza” emisji, czyli okno czasowe, w którym następuje emisja radiowa w każdym cyklu emisji.
Podobnie jak impulsy w pulsarach radiowych, impulsy wyemitowane przez magnetary są skoncentrowane w wąskim oknie fazowym w każdym cyklu – wyjaśnił Zhang. To dobrze znany efekt zwany „latarnią morską”, gdzie wiązka emisji obraca się w linii widzenia tylko raz na okres, i to tylko przez krótki czas w każdym cyklu. Dzięki temu można zaobserwować regularną pulsującą emisję radiową.
Zhang powiedział, że FRB z kwietnia 2020 roku i kilka późniejszych, mniej energetycznych błysków zostało wyemitowanych w losowych fazach, które nie mieściły się w oknie impulsów zidentyfikowanych w fazie pulsara.
To zdecydowanie sugeruje, że impulsy i rozbłyski pochodzą z różnych miejsc w magnetosferze magnetara, co sugeruje prawdopodobnie różne mechanizmy emisji między impulsami i błyskami – powiedział.
Implikacje dla kosmologicznych FRB
Tak szczegółowa obserwacja galaktycznego źródła FRB rzuca światło na tajemnicze FRB występujące w odległościach kosmologicznych.
Obserwacje wykazały, że wiele kosmologicznych źródeł FRB, czyli tych znajdujących się poza naszą Galaktyką, charakteryzuje się powtarzalnością. W niektórych przypadkach radioteleskop FAST wykrył tysiące powtarzających się błysków pochodzących z kilku różnych źródeł. Badania przeprowadzone dotychczas skupiały się na poszukiwaniu okresowości na poziomie sekundowym w tych błyskach, jednak nie znaleziono żadnego jednoznacznego okresu.
Według Zhanga, istnieje wątpliwość co do popularnego poglądu, że powtarzające się FRB były w przeszłości generowane przez magnetary.
Nasze odkrycie, że błyski mają tendencję do generowania się w losowych fazach, stanowi naturalną interpretację braku wykrycia okresowości powtarzających się FRB – powiedział. Z nieznanych powodów, błyski mają tendencję do emitowania we wszystkich kierunkach z magnetara, co uniemożliwia identyfikację okresów ze źródeł FRB.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
