Nepoznata priroda kozmičkih radijskih praska

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Jedan od najtajanstvenijih kozmičkih fenomena su brzi radio rafali. Riječ je o kratkim radijskim signalima nepoznate prirode u trajanju od nekoliko milisekundi, koji nastaju oslobađanjem ogromne količine energije. Od njihovog otkrića prošlo je više od desetljeća, ali astrofizičari još uvijek pokušavaju dokučiti mehanizme njihova nastanka. Istraživači kao moguće izvore navode neutronske zvijezde, crne rupe, pa čak i odašiljače vanzemaljskih civilizacija.

Tajanstveni signali

Uz brze radijske rafale, u milisekundama, oslobađa se onoliko energije koliko je Sunce emitiralo tijekom nekoliko desetaka tisuća godina. Vodeća hipoteza je da ih uzrokuju katastrofalni događaji, poput spajanja dviju neutronskih zvijezda, bljeska isparavanja crne rupe ili transformacije pulsara u crnu rupu. Dugo se vjerovalo da se radio rafali mogu pojaviti samo jednom, no 2015. godine otkriveno je da se prethodno snimljeni brzi radio rafal FRB 121102 ponavlja na neperiodični način.

FRB 121102 nalazi se u patuljastoj galaksiji tri milijarde svjetlosnih godina od Zemlje i nekoliko je godina ostao jedini poznati izvor ponavljajućih radijskih praska, unatoč pomnim pretragama. Međutim, u siječnju 2019. u časopisu Nature pojavio se članak znanstvenika iz kanadske suradnje CHIME u kojem se izvještava o ponovnoj registraciji signala iz drugog izvora - 180814. J0422 + 73. Interferometrijski radio teleskop CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) zabilježio je šest brzih radijskih rafala koji su došli iz galaksije udaljene 1,3 milijarde svjetlosnih godina.

Signali su po svojoj frekvencijskoj strukturi i spektralnim karakteristikama podsjećali na signale iz FRB 121102, što ukazuje na sličan mehanizam njihova nastanka i istu prirodu izvora. Otkriće ukazuje na postojanje posebne vrste brzih radijskih rafala, koji ne mogu biti uzrokovani katastrofalnim događajima upravo zbog njihovog ponavljanja.

Tiha galaksija

U kolovozu 2019. međunarodni je tim znanstvenika prvi put identificirao izvor jednog brzog radio praska FRB 180924, koji je nastao u galaksiji udaljenoj četiri milijarde svjetlosnih godina.

Koristeći radio interferometar ASKAP koji se nalazi u Australiji, astronomi su odredili lokaciju FRB izvora, a zatim izračunali udaljenost do njega analizom podataka Gemini, Keck i VLT optičkih zemaljskih teleskopa. Pokazalo se da se radio baklja dogodila u masivnoj galaksiji veličine Mliječne staze, 13 tisuća svjetlosnih godina od njezina središta. Karakteristična značajka galaksije je nepostojanje procesa za rađanje novih zvijezda.

To je u suprotnosti s repetitivnim signalom FRB 121102, koji se nalazi u području aktivne formacije zvijezda. Dakle, pojedinačni i ponavljajući brzi radio rafali moraju imati različito podrijetlo. U slučaju FRB 121102 radio signal kao da prolazi kroz snažno magnetsko polje oko magnetara, posebne vrste neutronske zvijezde.

Ubrzo su astronomi s Kalifornijskog instituta za tehnologiju u Sjedinjenim Državama izvijestili o otkriću još jednog brzog radio praska FRB 190523, koji se također dogodio u relativno mirnom okruženju - u galaksiji koja je analogna Mliječnom putu i udaljena je 7,9 milijardi svjetlosnih godina sa Zemlje.

Oba ova otkrića opovrgavaju da se brzi radijski izboji mogu pojaviti samo u mladim patuljastim galaksijama koje sadrže velik broj magnetara.

Osam blizanaca

U kolovozu 2019., članak kanadske suradnje CHIME pojavio se u repozitoriju preprinta arXiv.org, koji je izvijestio o detekciji osam ponavljajućih radio signala. Dva izvora radio signala - FRB 180916 i FRB 181119 - bljesnula su više od dva puta (deset, odnosno tri puta), ostali su poslali ponovljene radio signale samo jednom, pri čemu je najduža pauza između snimanja radio valova bila 20 sati. Prema istraživačima, to može značiti da se mnogi FRB-ovi zapravo ponavljaju, ali neki su aktivniji od drugih.

Većina od osam novih brzih radijskih rafala pokazala je smanjenje frekvencije signala sa svakim ponovljenim rafalom, što može biti ključ za razumijevanje mehanizma koji proizvodi ove pojave. Osim toga, FRB 180916 ima najniže stope disperzije signala, što ukazuje na relativnu blizinu izvora Zemlji. To bi također moglo pomoći u određivanju prirode radio praska, zaključili su istraživači.

Paklene zvijezde

Krajem ljeta 2019. znanstvenici iz Nacionalnog centra za radioastrofiziku u Indiji izvijestili su da su magnetari još uvijek jedan od najvjerojatnijih izvora brzih radijskih praska (barem onih koji se ponavljaju).

Anomalni magnetar XTE J1810-197 promatran je Giant Metrewave radio teleskopom. Snimljeni su milisekundni impulsi radio-emisije, nalik bljeskovima iz ponavljanja FRB 180814. J0422 + 73.

Ovaj magnetar nalazi se 10 tisuća svjetlosnih godina od Zemlje. Otkriven je 2003. godine i postupno je prestao emitirati radio emisije 2008. godine. Međutim, 2018. godine na njemu se dogodila nova epidemija koja je također postupno počela blijedjeti. Zanimljivo je da magnetari obično ne emitiraju radio emisiju, a XTE J1810-197 bio je prvi izvor radio emisije ove vrste. Rijetkost ovog objekta, poput ponavljajućih radio rafala, navela je znanstvenike da vjeruju da bi oba fenomena mogla biti međusobno povezana.

Bučna rupa

U rujnu 2019. kineski astronomi izvijestili su da su detektirali nove brze repetitivne radio-rafale (FRB) s FRB 121102. Signali su detektirani 500-metarskim radioteleskopom FAST s prijemnikom od 19 zraka u provinciji Guizhou. Od kraja kolovoza do rujna zabilježeno je više od 100 skokova, što je rekordan broj među svim zabilježenim FRB-ovima.

Do tada su znanstvenici počeli pretpostavljati da je FRB 121102 supermasivna crna rupa koja premašuje masu Sunca za 10-100 milijuna puta i stvara snažno magnetsko polje, a neutronska zvijezda ili plazma na koju utječe rupa mogla bi biti izravna izvor baklji. Drugo moguće objašnjenje je da je FRB 121102 magnetizirani plerion, maglica koju pokreće zvjezdani vjetar iz pulsara.

Iako su brzi radijski rafali dosad ostali neobjašnjivi, znanstvenoj zajednici je 2019. predstavljeno mnogo podataka koji astronome približavaju rješenju. Pokazalo se da se FRB-ovi mogu ponavljati, i to vjerojatno vrlo često. U ovom slučaju, generiraju ih prilično egzotični objekti poput neutronskih zvijezda (pulsari i magnetari), smješteni u prikladnom međuzvjezdanom mediju. Pojedinačne eksplozije javljaju se u manje turbulentnim uvjetima: galaksije u kojima je stvaranje zvijezda vrlo sporo. Takvi se fenomeni, najvjerojatnije, doista događaju zbog katastrofalnih procesa.