Astronomer forbinder et mystisk hurtigt radioudbrud med gravitationsbølger for første gang

Et team af kolleger og jeg har netop offentliggjort beviser in Naturstronomi for det, der kunne producere mystiske udbrud af radiobølger, der kommer fra fjerne galakser, kendt som hurtige radio brister eller FRB'er.

To støder sammen neutronstjerner- hver den supertætte kerne af en eksploderet stjerne - producerede et udbrud af gravitationsbølger, da de smeltede sammen til en "supramassiv” neutronstjerne. Holdet fandt ud af, at to en halv time senere producerede de en FRB, da neutronstjernen kollapsede i et sort hul.

Eller det tror vi. Det vigtigste bevis, der ville bekræfte eller afkræfte vores teori - en optisk eller gammastråle, der kommer fra retningen af ​​det hurtige radioudbrud - forsvandt for næsten fire år siden. Om et par måneder får vi måske endnu en chance for at finde ud af, om vi har ret.

Kort og kraftfuld

FRB'er er utroligt kraftige impulser af radiobølger fra rummet, der varer omkring en tusindedel af et sekund. Ved hjælp af data fra et radioteleskop i Australien, Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), astronomer har fundet at de fleste FRB'er kommer fra galakser, så fjernt lys tager milliarder af år til at nå os. Men hvad der frembringer disse radiobølgeudbrud har undret astronomer siden en indledende opdagelse i 2007.

Det bedste spor kommer fra et objekt i vores galakse kendt som SGR 1935+2154. Det er en magnetar, som er en neutronstjerne med magnetiske felter omkring en billion gange stærkere end en køleskabsmagnet. Den 28. april 2020 producerede den en voldsomt udbrud af radiobølger- ligner en FRB, selvom den er mindre kraftfuld.

Astronomer har længe forudsagt, at to neutronstjerner - en binær - smelter sammen for at producere en sort hul skulle også producere et udbrud af radiobølger. De to neutronstjerner vil være stærkt magnetiske, og sorte huller kan ikke have magnetiske felter. Ideen er, at den pludselige forsvinden af ​​magnetfelter, når neutronstjernerne smelter sammen og kollapser i et sort hul, frembringer et hurtigt radioudbrud. Ændring af magnetiske felter producerer elektriske felter - det er sådan, de fleste kraftværker producerer elektricitet. Og den enorme ændring i magnetiske felter på tidspunktet for sammenbruddet kunne producere de intense elektromagnetiske felter af en FRB.

Søgen efter den rygende pistol

For at teste denne idé ledte Alexandra Moroianu, en masterstuderende ved University of Western Australia, efter fusionerende neutronstjerner, der blev opdaget af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LINK) i USA. De gravitationsbølger, LIGO søger efter, er krusninger i rumtiden, frembragt af kollisioner af to massive objekter, såsom neutronstjerner.

LIGO har fundet to binære neutronstjernefusioner. Afgørende, den anden, kendt som GW190425, opstod, da et nyt FRB-jagtteleskop ringede DØRKLOKKE var også operationel. Men da det var nyt, tog det CHIME to år at frigive sin første batch af data. Da den gjorde det, identificerede Moroianu hurtigt et hurtigt radioudbrud kaldet FRB 20190425A som fandt sted kun to en halv time efter GW190425.

Hvor spændende dette end var, var der et problem - kun en af ​​LIGOs to detektorer virkede på det tidspunkt, hvilket gjorde det meget usikker hvor præcis GW190425 var kommet fra. Faktisk var der fem procents chance for, at dette bare kunne være en tilfældighed.

Værre, den Fermi satellit, som kunne have opdaget gammastråler fra fusionen - den "rygende pistol", der bekræfter oprindelsen af ​​GW190425 - var blokeret af Jorden på det tidspunkt.

Det er usandsynligt, at det er en tilfældighed

Det kritiske spor var dog, at FRB'er sporer den samlede mængde gas, de har passeret igennem. Det ved vi, fordi højfrekvente radiobølger bevæger sig hurtigere gennem gassen end lavfrekvente bølger, så tidsforskellen mellem dem fortæller os mængden af ​​gas.

Fordi vi kender universets gennemsnitlige gastæthed, kan vi relatere dette gasindhold til afstand, som er kendt som Macquart forhold. Og afstanden tilbagelagt af FRB 20190425A var et næsten perfekt match for afstanden til GW190425. Bingo!

Så har vi opdaget kilden til alle FRB'er? Nej. Der er ikke nok sammensmeltende neutronstjerner i universet til at forklare antallet af FRB'er - nogle skal stadig komme fra magnetarer, ligesom SGR 1935+2154 gjorde.

Og selv med beviserne, er der stadig en chance på 1 ud af 200, at dette alt sammen kan være en kæmpe tilfældighed. Men LIGO og to andre gravitationsbølgedetektorer, Jomfruen , KAGRA, vil tænd igen i maj i år, og vær mere følsom end nogensinde, mens CHIME og andre radioteleskoper er klar til straks at opdage eventuelle FRB'er fra neutronstjernefusioner.

Om et par måneder kan vi finde ud af, om vi har lavet et vigtigt gennembrud – eller om det bare var et glimt i gryden.

Clancy W. James vil gerne anerkende Alexandra Moroianu, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen; hans medforfattere, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (University of Western Australia), Bing Zhang og Shunke Ai (University of Nevada); og hans afdøde mentor, Jean-Pierre Macquart, som eksperimentelt verificerede gas-afstandsforholdet, som nu er opkaldt efter ham.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Billede Credit: CSIRO/Alex Cherney

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/