Astronomer länkar en mystisk snabb radioskur med gravitationsvågor för första gången

Ett team av kollegor och jag har precis publicerade bevis in Natur Astronomi för vad som kan producera mystiska utbrott av radiovågor som kommer från avlägsna galaxer, kända som snabba radiobrister eller FRB.

Två som krockar neutronstjärnor– var och en av den supertäta kärnan av en exploderad stjärna – producerade en explosion av gravitationsvågor när de smälte samman till en "supramassiv” neutronstjärna. Teamet fann att två och en halv timme senare producerade de en FRB när neutronstjärnan kollapsade i ett svart hål.

Eller så tror vi. Det viktigaste beviset som skulle bekräfta eller motbevisa vår teori – en optisk eller gammablixt som kommer från den snabba radioskuren – försvann för nästan fyra år sedan. Om några månader kanske vi får en ny chans att ta reda på om vi har rätt.

Kort och kraftfull

FRB är otroligt kraftfulla pulser av radiovågor från rymden som varar ungefär en tusendels sekund. Med hjälp av data från ett radioteleskop i Australien, Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), astronomer har hittat att de flesta FRB kommer från galaxer så långt ljus tar miljarder år för att nå oss. Men vad som producerar dessa radiovågsutbrott har förbryllat astronomer sedan dess en första upptäckt i 2007.

Den bästa ledtråden kommer från ett objekt i vår galax som kallas SGR 1935+2154. Det är en magnetar, som är en neutronstjärna med magnetfält ungefär en biljon gånger starkare än en kylskåpsmagnet. Den 28 april 2020 producerade den en våldsamma utbrott av radiovågor—liknar en FRB, fastän mindre kraftfull.

Astronomer har länge förutspått att två neutronstjärnor - en binär - går samman för att producera en svart hål bör också producera en skur av radiovågor. De två neutronstjärnorna kommer att vara mycket magnetiska, och svarta hål kan inte ha magnetfält. Idén är att det plötsliga försvinnandet av magnetfält när neutronstjärnorna smälter samman och kollapsar till ett svart hål producerar en snabb radioskur. Föränderliga magnetfält producerar elektriska fält - det är så de flesta kraftverk producerar elektricitet. Och den enorma förändringen i magnetfält vid tiden för kollapsen kan producera de intensiva elektromagnetiska fälten hos en FRB.

Sökandet efter den rykande pistolen

För att testa denna idé letade Alexandra Moroianu, en masterstudent vid University of Western Australia, efter sammanslagna neutronstjärnor som upptäckts av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA. De gravitationsvågor LIGO söker efter är krusningar i rymdtiden, producerade av kollisioner mellan två massiva objekt, till exempel neutronstjärnor.

LIGO har hittat två sammanslagningar av binära neutronstjärnor. Avgörande, den andra, känd som GW190425, inträffade när ett nytt FRB-jaktteleskop ringde KLÄMTA var också i drift. Men eftersom det var ny tog det CHIME två år att släppa sin första batch data. När den gjorde det identifierade Moroianu snabbt en snabb radioskur som anropades FRB 20190425A som inträffade bara två och en halv timme efter GW190425.

Hur spännande det än var fanns det ett problem – bara en av LIGO:s två detektorer fungerade vid den tiden, vilket gjorde det mycket osäker var exakt GW190425 hade kommit ifrån. Faktum är att det var fem procents chans att detta bara kunde vara en slump.

Värre, den Fermi satellit, som kunde ha detekterat gammastrålar från sammanslagningen - den "rykande pistolen" som bekräftar ursprunget till GW190425 - var blockerad av jorden vid den tidpunkten.

Det är osannolikt att det är en slump

Den kritiska ledtråden var dock att FRB spårar den totala mängden gas som de har passerat igenom. Vi vet detta eftersom högfrekventa radiovågor färdas snabbare genom gasen än lågfrekventa vågor, så tidsskillnaden mellan dem talar om för oss mängden gas.

Eftersom vi känner till universums genomsnittliga gasdensitet, kan vi relatera detta gasinnehåll till avstånd, vilket är känt som Macquart förhållande. Och avståndet som FRB 20190425A tillryggalagt var en nästan perfekt matchning för avståndet till GW190425. Bingo!

Så, har vi upptäckt källan till alla FRB? Nej. Det finns inte tillräckligt med sammanslagna neutronstjärnor i universum för att förklara antalet FRB – en del måste fortfarande komma från magnetarer, som SGR 1935+2154 gjorde.

Och även med bevisen finns det fortfarande en chans på 1 på 200 att detta kan vara en jätteslump. Men LIGO och två andra gravitationsvågsdetektorer, Jungfrun och KAGRA, kommer sätt på igen i maj i år, och vara känsligare än någonsin, medan CHIME och andra radioteleskop är redo att omedelbart upptäcka alla FRB från neutronstjärnefusioner.

Om några månader kan vi ta reda på om vi har gjort ett viktigt genombrott – eller om det bara var en blixt i pannan.

Clancy W. James vill tacka Alexandra Moroianu, huvudförfattaren till studien; hans medförfattare, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (University of Western Australia), Bing Zhang och Shunke Ai (University of Nevada); och hans bortgångne mentor, Jean-Pierre Macquart, som experimentellt verifierade förhållandet mellan gas och avstånd, som nu är uppkallat efter honom.

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

Image Credit: CSIRO/Alex Cherney

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/