Overraskende kobling oppdaget mellom raske radioutbrudd og jordskjelv – Physics World

Overraskende kobling oppdaget mellom raske radioutbrudd og jordskjelv – Physics World

Tidsstempel: 21. oktober 2023 5:00

Arecibo observatorium
Vanlige trender: forskere ved University of Tokyo har brukt data tatt av teleskoper som Arecibo-observatoriet i Puerto Rico (bildet her i 2019) for å avdekke likheter mellom raske radioutbrudd og jordskjelv (Courtesy: UCF)

Forskere i Japan har funnet slående likheter mellom den statistiske oppførselen til gjentatte raske radioutbrudd (FRB) og jordskjelv.

FRB-er er korte, intense utbrudd av radiobølger fra utenfor galaksen vår. Selv om disse utbruddene vanligvis varer noen få millisekunder, har astronomer også funnet utbrudd tusen ganger kortere.

FRB-er er stort sett delt inn i to kategorier: gjentatte FRB-kilder og "engangs"-FRB-er, som ennå ikke har gjentatt seg. Hvorvidt alle FRB-kilder gjentar forblir et åpent spørsmål.

I sin studie brukte astrofysikere Tomonori Totani og Yuya Tsuzuki fra University of Tokyo et datasett med 7000 utbrudd fra tre gjentatte kilder. Dataene ble tatt av radioastronomer ved hjelp av Arecibo observatorium i Puerto Rico og Fem hundre meter blender sfærisk Teleskop i det sørvestlige Kina.

En av disse kildene – FRB20121102A – ligger over tre milliarder lysår unna og var den første oppdagede FRB-repeateren.

Duoen fant ut at ankomsttidene for utbrudd fra FRB20121102A viste en høy grad av korrelasjon, med mange flere utbrudd som ankom innen et sekund fra hverandre enn det som ville vært forventet hvis genereringen av utbrudd var helt tilfeldig. Denne korrelasjonen bleknet bort på lengre tidsskalaer, med utbrudd atskilt med over et sekund som ankom helt tilfeldig.

De trakk likheter med denne oppførselen til hvordan jordskjelv produserer sekundære etterskjelv i timene eller dagene etter en skjelving, men så blir de helt uforutsigbare når en episode med etterskjelv passerer.

Dessuten fant de at frekvensen av disse FRB "etterskjelv" følger den samme Omori-Utsu-loven som karakteriserer forekomsten av jordskjelvetterskjelv på jorden. Loven sier at kort tid etter et stort jordskjelv forblir frekvensen av etterskjelv konstant over en kort periode på minutter til timer, hvoretter etterskjelvfrekvensen synker, og avtar som omtrent det motsatte av tiden siden hovedsjokket.

De fant ut at hvert utbrudd hadde 10-50 % sjanse for å produsere et etterskjelv, avhengig av kilden. Denne sannsynligheten forble konstant, selv når FRB-aktiviteten plutselig økte i en gitt episode. Jordskjelv viser lignende oppførsel, deres etterskjelvhastigheter forblir konstante selv om den totale jordskjelvaktiviteten endres innenfor en region.

Det er imidlertid en stor forskjell mellom FRB og jordskjelv. Mens jordskjelvetterskjelv har en tendens til å være systematisk svakere enn hovedsjokket, har tidskorrelerte FRB-er fullstendig ukorrelerte energier. Dette betyr at det for FRB-er i hovedsak ikke eksisterer noen forskjell mellom et "preshock" og et "ettershock", fordi hovedsjokket ikke skiller seg ut.

I en galakse langt, langt borte

Totani påpeker imidlertid at dette kan skyldes det begrensede dynamiske området i FRB-data sammenlignet med jordskjelv: de fleste FRB-er er veldig svake, og ligger bare litt over deteksjonsgrensen.

Ut av de mange teoriene som forklarer opprinnelsen til FRB-er, magnetarer – nøytronstjerner med eksepsjonelt sterke magnetiske felt – har blitt et ledende alternativ.

Dette er fordi den faste skorpen av nøytronstjerner, som omgir en superflytende kjerne, plutselig kan frigjøre oppbygde spenninger av stjerneskjelv som deretter fører til FRB, akkurat som tektoniske plater produserer jordskjelv når de skifter rundt jordens flytende mantel. Og så, "Det var ganske naturlig å sammenligne repeater FRBs og jordskjelv," fortalte Totani Fysikkens verden.

Arbeidet legger også til tidligere funn fra astronomer i Kina i 2018 som viste at Gutenberg-Richter jordskjelvlov kan brukes på energidistribusjon av FRB-er. Loven uttrykker en sammenheng for det totale antallet skjelv som forventes over en viss energi innenfor et gitt tidspunkt og sted.

Selv om FRB-er kan virke ufarlige hendelser sammenlignet med jordskjelv, er de alt annet enn ufarlige. De svakeste FRB som noen gang er oppdaget fortsatt frigjort over en milliard ganger mer energi enn 9.5 magnituden 1960 jordskjelv Valdivia i Chile – det kraftigste jordskjelvet som er registrert.

Det finnes også FRB-er som er ytterligere 10 millioner ganger sterkere, som australske radioastronomer rapporterte på onsdag da de oppdaget en FRB som tok rundt åtte milliarder år å nå jorden – det lengste utbruddet som noen gang er oppdaget.

Totani planlegger nå å bruke matematiske modeller fra jordskjelvstudier til FRB-data, i håp om å teste ut hint om egenskapene til kjernefysisk materie i nøytronstjerner.

Forskningen er beskrevet i Månedlige kunngjøringer fra Royal Astronomical Society.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden