Οι αστρονόμοι συνδέουν για πρώτη φορά μια μυστηριώδη γρήγορη ραδιοφωνική έκρηξη με βαρυτικά κύματα

Μια ομάδα συναδέλφων και εγώ έχουμε μόλις δημοσιευμένα στοιχεία in Φύση Αστρονομία για αυτό που μπορεί να παράγει μυστηριώδεις εκρήξεις ραδιοκυμάτων που προέρχονται από μακρινούς γαλαξίες, γνωστό ως γρήγορες εκρήξεις ραδιοφώνου ή FRB.

Δύο συγκρούονται αστέρια νετρονίων—κάθε υπερ-πυκνός πυρήνας ενός αστέρα που εξερράγη—παρήγαγε μια έκρηξη βαρυτικών κυμάτων όταν συγχωνεύτηκαν σευπερμεγέθης» αστέρας νετρονίων. Η ομάδα διαπίστωσε ότι δυόμισι ώρες αργότερα παρήγαγε ένα FRB όταν το αστέρι νετρονίων κατέρρευσε σε μια μαύρη τρύπα.

Ή έτσι νομίζουμε. Το βασικό αποδεικτικό στοιχείο που θα επιβεβαίωνε ή θα διέψευδε τη θεωρία μας - μια οπτική λάμψη ή μια λάμψη ακτίνων γάμμα που προερχόταν από την κατεύθυνση της γρήγορης έκρηξης του ραδιοφώνου - εξαφανίστηκε σχεδόν πριν από τέσσερα χρόνια. Σε λίγους μήνες, μπορεί να έχουμε άλλη μια ευκαιρία να μάθουμε αν έχουμε δίκιο.

Σύντομο και δυνατό

Τα FRB είναι απίστευτα ισχυροί παλμοί ραδιοκυμάτων από το διάστημα που διαρκούν περίπου ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από ένα ραδιοτηλεσκόπιο στην Αυστραλία, το Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ΑΣΚΑΠ), ανακάλυψαν οι αστρονόμοι ότι οι περισσότεροι FRB προέρχονται από γαλαξίες τόσο μακρινό φως δισεκατομμύρια χρόνια για να μας φτάσει. Αλλά αυτό που προκαλεί αυτές τις εκρήξεις ραδιοκυμάτων απασχολεί τους αστρονόμους από τότε μια αρχική ανίχνευση στο 2007.

Η καλύτερη ένδειξη προέρχεται από ένα αντικείμενο στον γαλαξία μας γνωστό ως SGR 1935+2154. Είναι ένα μαγνητάρι, που είναι ένα αστέρι νετρονίων με μαγνητικά πεδία περίπου ένα τρισεκατομμύριο φορές ισχυρότερο από έναν μαγνήτη ψυγείου. Στις 28 Απριλίου 2020, παρήγαγε ένα βίαιη έκρηξη ραδιοκυμάτων— παρόμοιο με ένα FRB, αν και λιγότερο ισχυρό.

Οι αστρονόμοι έχουν προβλέψει εδώ και καιρό ότι δύο αστέρια νετρονίων —ένα δυαδικό— συγχωνεύονται για να παράγουν α μαύρη τρύπα θα πρέπει επίσης να παράγει μια έκρηξη ραδιοκυμάτων. Τα δύο αστέρια νετρονίων θα είναι εξαιρετικά μαγνητικά και οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να έχουν μαγνητικά πεδία. Η ιδέα είναι ότι η ξαφνική εξαφάνιση των μαγνητικών πεδίων όταν τα αστέρια νετρονίων συγχωνεύονται και καταρρέουν σε μια μαύρη τρύπα παράγει μια γρήγορη ραδιοφωνική έκρηξη. Τα μεταβαλλόμενα μαγνητικά πεδία παράγουν ηλεκτρικά πεδία—έτσι παράγουν ηλεκτρισμό οι περισσότεροι σταθμοί παραγωγής ενέργειας. Και η τεράστια αλλαγή στα μαγνητικά πεδία τη στιγμή της κατάρρευσης θα μπορούσε να παράγει τα έντονα ηλεκτρομαγνητικά πεδία ενός FRB.

Η αναζήτηση για το όπλο καπνίσματος

Για να δοκιμάσει αυτή την ιδέα, η Alexandra Moroianu, φοιτήτρια μεταπτυχιακού στο Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αυστραλίας, αναζήτησε συγχωνευμένα αστέρια νετρονίων που ανιχνεύθηκαν από το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων Συμβολόμετρου Λέιζερ (ΛΙΓΟ) στις Η.Π.Α. Τα βαρυτικά κύματα που αναζητά το LIGO είναι κυματισμοί στο χωροχρόνο, που παράγονται από τις συγκρούσεις δύο ογκωδών αντικειμένων, όπως τα αστέρια νετρονίων.

Το LIGO βρήκε δύο συγχωνεύσεις δυαδικών άστρων νετρονίων. Κρίσιμο, το δεύτερο, γνωστό ως GW190425, συνέβη όταν κάλεσε ένα νέο τηλεσκόπιο κυνηγιού FRB ΑΡΜΟΝΙΚΗ ΚΩΔΩΝΟΚΡΟΥΣΙΑ ήταν επίσης επιχειρησιακή. Ωστόσο, όντας νέος, χρειάστηκε η CHIME δύο χρόνια για να δημοσιοποιήσει την πρώτη του παρτίδα δεδομένων. Όταν το έκανε, ο Μοροιάνου εντόπισε γρήγορα μια γρήγορη έκρηξη ραδιοφώνου FRB 20190425A που συνέβη μόνο δυόμισι ώρες μετά το GW190425.

Όσο συναρπαστικό κι αν ήταν, υπήρχε ένα πρόβλημα—μόνο ένας από τους δύο ανιχνευτές του LIGO δούλευε εκείνη τη στιγμή και το έκανε πολύ αβέβαιο από πού ακριβώς είχε προέλθει το GW190425. Στην πραγματικότητα, υπήρχε μια πιθανότητα πέντε τοις εκατό ότι αυτό θα μπορούσε να είναι απλώς μια σύμπτωση.

Χειρότερα, το Fermi δορυφόρος, ο οποίος θα μπορούσε να είχε ανιχνεύσει ακτίνες γάμμα από τη συγχώνευση -το «όπλο καπνίσματος» που επιβεβαίωνε την προέλευση του GW190425- ήταν μπλοκαριστεί από τη Γη κατά τη χρονική στιγμή.

Απίθανο να είναι σύμπτωση

Ωστόσο, η κρίσιμη ένδειξη ήταν ότι τα FRB ανιχνεύουν τη συνολική ποσότητα αερίου που έχουν περάσει. Το γνωρίζουμε αυτό επειδή τα ραδιοκύματα υψηλής συχνότητας ταξιδεύουν πιο γρήγορα μέσα από το αέριο από τα κύματα χαμηλής συχνότητας, επομένως η χρονική διαφορά μεταξύ τους μας λέει την ποσότητα του αερίου.

Επειδή γνωρίζουμε το μέση πυκνότητα αερίου του σύμπαντος, μπορούμε να συσχετίσουμε αυτή την περιεκτικότητα σε αέριο με την απόσταση, η οποία είναι γνωστή ως το Σχέση Macquart. Και η απόσταση που διανύθηκε από το FRB 20190425A ήταν σχεδόν τέλεια για την απόσταση μέχρι το GW190425. Λοταρία!

Λοιπόν, έχουμε ανακαλύψει την πηγή όλων των FRB; Όχι. Δεν υπάρχουν αρκετοί συγχωνευόμενοι αστέρες νετρονίων στο σύμπαν για να εξηγήσουν τον αριθμό των FRB—μερικοί πρέπει να προέρχονται ακόμα από μαγνητάρια, όπως το SGR 1935+2154.

Και ακόμη και με τα αποδεικτικά στοιχεία, υπάρχει ακόμα 1 στις 200 πιθανότητες όλα αυτά να είναι μια τεράστια σύμπτωση. Ωστόσο, το LIGO και δύο άλλοι ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, Παρθένος και KAGRA, θα ενεργοποιήστε ξανά τον Μάιο του τρέχοντος έτους, και να είστε πιο ευαίσθητοι από ποτέ, ενώ το CHIME και άλλα ραδιοτηλεσκόπια είναι έτοιμοι να ανιχνεύσουν αμέσως τυχόν FRB από συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων.

Σε λίγους μήνες, μπορεί να μάθουμε αν κάναμε μια σημαντική ανακάλυψη — ή αν ήταν απλώς μια αναλαμπή στο τηγάνι.

Η Clancy W. James θα ήθελε να αναγνωρίσει την Alexandra Moroianu, την επικεφαλής συγγραφέα της μελέτης. οι συν-συγγραφείς του, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (Πανεπιστήμιο Δυτικής Αυστραλίας), Bing Zhang και Shunke Ai (Πανεπιστήμιο της Νεβάδα)· και ο αείμνηστος μέντοράς του, Jean-Pierre Macquart, ο οποίος επαλήθευσε πειραματικά τη σχέση απόστασης αερίου, η οποία τώρα φέρει το όνομά του.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Image Credit: CSIRO/Alex Cherney

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/