Astronomer kobler et mystisk raskt radioutbrudd med gravitasjonsbølger for første gang

Et team med kolleger og jeg har nettopp publisert bevis in Naturstjernen for det som kan produsere mystiske utbrudd av radiobølger som kommer fra fjerne galakser, kjent som raske radiosprekker eller FRB-er.

To kolliderer nøytronstjerner– hver av den supertette kjernen til en eksplodert stjerne – produserte et utbrudd av gravitasjonsbølger da de smeltet sammen til en "supramassiv” nøytronstjerne. Teamet fant ut at to og en halv time senere produserte de en FRB da nøytronstjernen kollapset i et svart hull.

Eller det tror vi. Nøkkelbeviset som ville bekrefte eller avkrefte teorien vår – et optisk eller gammastråleblits som kommer fra retningen til det raske radioutbruddet – forsvant for nesten fire år siden. Om noen måneder kan vi få en ny sjanse til å finne ut om vi har rett.

Kort og kraftig

FRB-er er utrolig kraftige pulser av radiobølger fra verdensrommet som varer omtrent en tusendels sekund. Ved å bruke data fra et radioteleskop i Australia, Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), astronomer har funnet at de fleste FRB-er kommer fra galakser så fjernt lys tar milliarder av år for å nå oss. Men hva som produserer disse radiobølgeutbruddene har forvirret astronomer siden en første deteksjon i 2007.

Den beste ledetråden kommer fra et objekt i vår galakse kjent som SGR 1935+2154. Det er en magnetar, som er en nøytronstjerne med magnetfelt omtrent en billion ganger sterkere enn en kjøleskapsmagnet. 28. april 2020 produserte den en voldsomme utbrudd av radiobølger— ligner på en FRB, men mindre kraftig.

Astronomer har lenge spådd at to nøytronstjerner – en binærstjerne – slår seg sammen for å produsere en svart hull bør også produsere et utbrudd av radiobølger. De to nøytronstjernene vil være svært magnetiske, og sorte hull kan ikke ha magnetiske felt. Ideen er at den plutselige forsvinningen av magnetiske felt når nøytronstjernene smelter sammen og kollapser til et sort hull produserer en rask radioutbrudd. Endring av magnetiske felt produserer elektriske felt - det er slik de fleste kraftverk produserer elektrisitet. Og den enorme endringen i magnetiske felt på tidspunktet for sammenbruddet kan produsere de intense elektromagnetiske feltene til en FRB.

Jakten på den rykende pistolen

For å teste denne ideen lette Alexandra Moroianu, en masterstudent ved University of Western Australia, etter sammenslående nøytronstjerner oppdaget av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LINK) i USA. Gravitasjonsbølgene LIGO søker etter er krusninger i romtid, produsert av kollisjoner mellom to massive objekter, for eksempel nøytronstjerner.

LIGO har funnet to binære nøytronstjernesammenslåinger. Avgjørende, den andre, kjent som GW190425, skjedde da et nytt FRB-jaktteleskop ringte KLOKKE var også operativ. Men som ny tok det CHIME to år å frigi sin første batch med data. Da den gjorde det, identifiserte Moroianu raskt en rask radioserie kalt FRB 20190425A som skjedde bare to og en halv time etter GW190425.

Spennende som dette var, var det et problem - bare en av LIGOs to detektorer fungerte på den tiden, noe som gjorde det veldig usikker hvor nøyaktig GW190425 hadde kommet fra. Faktisk var det fem prosent sjanse for at dette bare kunne være en tilfeldighet.

Verre er det Fermi satellitt, som kunne ha oppdaget gammastråler fra fusjonen – den «røykende pistolen» som bekrefter opprinnelsen til GW190425 – var blokkert av jorden på den tiden.

Usannsynlig å være en tilfeldighet

Den kritiske ledetråden var imidlertid at FRB-er sporer den totale mengden gass de har passert gjennom. Vi vet dette fordi høyfrekvente radiobølger beveger seg raskere gjennom gassen enn lavfrekvente bølger, så tidsforskjellen mellom dem forteller oss mengden gass.

Fordi vi kjenner gjennomsnittlig gasstetthet i universet, kan vi relatere dette gassinnholdet til avstand, som er kjent som Macquart forhold. Og avstanden tilbakelagt av FRB 20190425A var en nesten perfekt match for avstanden til GW190425. Bingo!

Så, har vi oppdaget kilden til alle FRB-er? Nei. Det er ikke nok sammenslående nøytronstjerner i universet til å forklare antallet FRB-er – noen må fortsatt komme fra magnetarer, slik SGR 1935+2154 gjorde.

Og selv med bevisene, er det fortsatt en sjanse på 1 av 200 at dette kan være en gigantisk tilfeldighet. Imidlertid, LIGO og to andre gravitasjonsbølgedetektorer, Jomfruen og KAGRA, vil slå på igjen i mai i år, og vær mer følsom enn noen gang, mens CHIME og andre radioteleskoper er klare til å umiddelbart oppdage eventuelle FRB-er fra nøytronstjernesammenslåinger.

Om noen måneder kan vi finne ut om vi har gjort et viktig gjennombrudd – eller om det bare var et glimt i pannen.

Clancy W. James vil gjerne anerkjenne Alexandra Moroianu, hovedforfatteren av studien; hans medforfattere, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (University of Western Australia), Bing Zhang og Shunke Ai (University of Nevada); og hans avdøde mentor, Jean-Pierre Macquart, som eksperimentelt verifiserte gass-avstandsforholdet, som nå er oppkalt etter ham.

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bilde Credit: CSIRO/Alex Cherney

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/