Astronomowie po raz pierwszy łączą tajemniczy szybki rozbłysk radiowy z falami grawitacyjnymi

Zespół kolegów i ja mamy właśnie opublikowane dowody in Natura Astronomia za to, co może wytwarzać tajemnicze rozbłyski fal radiowych pochodzących z odległych galaktyk, znanych jako szybkie wybuchy radia lub FRB.

Zderzenie dwóch gwiazdy neutronowe— każdy z supergęstych jąder eksplodowanej gwiazdy — wytworzył wybuch fal grawitacyjnych, kiedy połączyły się w „supramasywna” gwiazda neutronowa. Zespół odkrył, że dwie i pół godziny później wytworzyli FRB, gdy gwiazda neutronowa zapadła się w czarną dziurę.

Albo tak myślimy. Kluczowy dowód, który mógłby potwierdzić lub obalić naszą teorię – rozbłysk optyczny lub gamma pochodzący z kierunku szybkiego rozbłysku radiowego – zniknął prawie cztery lata temu. Za kilka miesięcy możemy mieć kolejną szansę sprawdzenia, czy mamy rację.

Krótkie i mocne

FRB to niezwykle silne impulsy fal radiowych z kosmosu trwające około jednej tysięcznej sekundy. Korzystając z danych z radioteleskopu w Australii, Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ZAPYTAJ), odkryli astronomowie że większość FRB pochodzi z galaktyk tak odległych jak światło miliardów lat, aby do nas dotrzeć. Ale od tego czasu astronomowie zastanawiają się, co powoduje te rozbłyski fal radiowych wstępne wykrycie w 2007 roku.

Najlepszą wskazówką jest obiekt w naszej galaktyce znany jako SGR 1935+2154. To jest magnetarem, która jest gwiazdą neutronową o polu magnetycznym około bilion razy silniejszym niż magnes na lodówkę. W dniu 28 kwietnia 2020 roku wyprodukował a gwałtowny wybuch fal radiowych—podobny do FRB, chociaż mniej potężny.

Astronomowie od dawna przewidywali, że dwie gwiazdy neutronowe – układ podwójny – łączą się, tworząc gwiazdę czarna dziura powinien również wytworzyć rozbłysk fal radiowych. Dwie gwiazdy neutronowe będą silnie magnetyczne, a czarne dziury nie mogą mieć pól magnetycznych. Pomysł polega na tym, że nagłe zanikanie pól magnetycznych, gdy gwiazdy neutronowe łączą się i zapadają w czarną dziurę, powoduje szybki rozbłysk radiowy. Zmieniające się pola magnetyczne wytwarzają pola elektryczne — w ten sposób większość elektrowni wytwarza energię elektryczną. Ogromna zmiana pól magnetycznych w momencie zapadania się może wytworzyć intensywne pola elektromagnetyczne FRB.

Poszukiwanie dymiącego pistoletu

Aby przetestować ten pomysł, Alexandra Moroianu, studentka studiów magisterskich na University of Western Australia, szukała łączących się gwiazd neutronowych wykrytych przez Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (FAM) w Stanach Zjednoczonych. Fale grawitacyjne, których szuka LIGO, to zmarszczki w czasoprzestrzeni, powstałe w wyniku zderzeń dwóch masywnych obiektów, takich jak gwiazdy neutronowe.

LIGO odkryło dwa podwójne połączenia gwiazd neutronowych. Co najważniejsze, drugi, tzw GW190425, miało miejsce, gdy zadzwonił nowy teleskop do polowania na FRB KURANT był również czynny. Jednak będąc nowym, CHIME zajęło dwa lata opublikować pierwszą partię danych. Kiedy tak się stało, Moroianu szybko zidentyfikował szybki impuls radiowy o nazwie FRB 20190425A które miało miejsce zaledwie dwie i pół godziny po GW190425.

Choć było to ekscytujące, pojawił się problem — w tym czasie działał tylko jeden z dwóch detektorów LIGO. bardzo niepewny skąd dokładnie pochodzi GW190425. W rzeczywistości istniało pięć procent szans, że może to być tylko zbieg okoliczności.

Co gorsza, Fermi satelita, który mógł wykryć promienie gamma z połączenia – „dymiący pistolet” potwierdzający pochodzenie GW190425 – został zablokowany przez Ziemię wtedy.

Mało prawdopodobne, aby być zbiegiem okoliczności

Kluczową wskazówką było jednak to, że FRB śledzą całkowitą ilość gazu, przez który przeszli. Wiemy to, ponieważ fale radiowe o wysokiej częstotliwości przemieszczają się w gazie szybciej niż fale o niskiej częstotliwości, więc różnica czasu między nimi mówi nam o ilości gazu.

Ponieważ znamy tzw średnia gęstość gazu we wszechświecie, możemy powiązać tę zawartość gazu z odległością, która jest znana jako Relacja Macquarta. A odległość przebyta przez FRB 20190425A była niemal idealnie dopasowana do odległości do GW190425. Bingo!

Więc, czy odkryliśmy źródło wszystkich FRB? Nie. We wszechświecie nie ma wystarczającej liczby łączących się gwiazd neutronowych, aby wyjaśnić liczbę FRB – niektóre wciąż muszą pochodzić z magnetarów, tak jak SGR 1935+2154.

I nawet z dowodami, wciąż istnieje szansa 1 na 200, że to wszystko może być gigantycznym zbiegiem okoliczności. Jednak LIGO i dwa inne detektory fal grawitacyjnych, Panna i KAGRA, będzie włącz z powrotem w maju tego roku i bądźcie bardziej wrażliwi niż kiedykolwiek, podczas gdy CHIME i inne radioteleskopy są gotowe do natychmiastowego wykrycia wszelkich FRB z łączenia się gwiazd neutronowych.

Za kilka miesięcy możemy dowiedzieć się, czy dokonaliśmy kluczowego przełomu – czy też był to tylko błysk na patelni.

Clancy W. James pragnie podziękować Alexandrze Moroianu, głównej autorce badania; jego współautorzy, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (University of Western Australia), Bing Zhang i Shunke Ai (University of Nevada); oraz jego nieżyjący już mentor, Jean-Pierre Macquart, który eksperymentalnie zweryfikował zależność gaz-odległość, która teraz nosi jego imię.

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Kredytowych Image: CSIRO/Alex Cherney

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/