นักดาราศาสตร์เชื่อมโยงระเบิดคลื่นวิทยุเร็วลึกลับกับคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก

นักดาราศาสตร์เชื่อมโยงระเบิดคลื่นวิทยุเร็วลึกลับกับคลื่นความโน้มถ่วงเป็นครั้งแรก

ประทับเวลา: 30 มีนาคม 2023 10:00 น

ทีมงานของเพื่อนร่วมงานและฉันมี เพิ่งเผยแพร่หลักฐาน in ธรรมชาติดาราศาสตร์ สำหรับสิ่งที่อาจก่อให้เกิดการปะทุของคลื่นวิทยุลึกลับที่มาจากกาแลคซีอันไกลโพ้นหรือที่เรียกว่า ระเบิดวิทยุอย่างรวดเร็ว หรือ FRB

สองชนกัน ดาวนิวตรอนแกนกลางที่มีความหนาแน่นสูงแต่ละดวงของดาวฤกษ์ที่ระเบิดออก ก่อให้เกิดการระเบิดของคลื่นความโน้มถ่วงเมื่อพวกมันรวมกันเป็น "ดาวนิวตรอนมวลมหาศาล”. ทีมงานพบว่าสองชั่วโมงครึ่งต่อมา พวกเขาสร้าง FRB เมื่อดาวนิวตรอนยุบตัวเป็นหลุมดำ

หรืออย่างที่เราคิด หลักฐานชิ้นสำคัญที่จะยืนยันหรือหักล้างทฤษฎีของเรา—แสงวาบหรือรังสีแกมมาที่มาจากทิศทางของการระเบิดของคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็ว—หายไปเกือบสี่ปีที่แล้ว ในอีกไม่กี่เดือน เราอาจได้รับโอกาสอีกครั้งเพื่อดูว่าเราถูกต้องหรือไม่

สั้นและทรงพลัง

FRB เป็นคลื่นวิทยุที่ทรงพลังอย่างไม่น่าเชื่อจากอวกาศซึ่งกินเวลาประมาณหนึ่งในพันของวินาที โดยใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุในออสเตรเลีย Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ถาม), นักดาราศาสตร์ได้พบ FRB ส่วนใหญ่มาจากกาแลคซีที่แสงอยู่ไกล พันล้านปีกว่าจะมาถึงเรา. แต่สิ่งที่ก่อให้เกิดการระเบิดของคลื่นวิทยุเหล่านี้ได้ทำให้นักดาราศาสตร์ฉงนสนเท่ห์ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา การตรวจจับเบื้องต้น ใน 2007

เงื่อนงำที่ดีที่สุดมาจากวัตถุในดาราจักรของเราที่รู้จักกันในชื่อ SGR 1935+2154 มันคือ แมกนีตาร์ซึ่งเป็นดาวนิวตรอนที่มีสนามแม่เหล็กแรงกว่าแม่เหล็กติดตู้เย็นประมาณหนึ่งล้านล้านเท่า เมื่อวันที่ 28 เมษายน 2020 ได้มีการผลิต คลื่นวิทยุระเบิดอย่างรุนแรง—คล้ายกับ FRB แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าก็ตาม

นักดาราศาสตร์คาดการณ์มานานแล้วว่าดาวนิวตรอนสองดวงซึ่งเป็นดาวคู่จะรวมตัวกันเพื่อสร้าง หลุมดำ ก็ควรจะปล่อยคลื่นวิทยุออกมาด้วย ดาวนิวตรอนทั้งสองดวงจะเป็นแม่เหล็กแรงสูง และหลุมดำไม่สามารถมีสนามแม่เหล็กได้ ความคิด คือการหายไปอย่างกะทันหันของสนามแม่เหล็กเมื่อดาวนิวตรอนรวมตัวกันและยุบตัวเป็นหลุมดำ ทำให้เกิดการระเบิดของคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กทำให้เกิดสนามไฟฟ้า ซึ่งเป็นวิธีที่โรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ผลิตกระแสไฟฟ้า และการเปลี่ยนแปลงอย่างมากของสนามแม่เหล็กในเวลาที่พังทลายสามารถสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรงของ FRB ได้

สนามสีดำที่มีภาพกาแลคซี XNUMX ภาพอยู่เบื้องหน้า และมีลำแสงสีเหลืองเชื่อมต่อกัน
ความประทับใจของศิลปินที่มีต่อคลื่นวิทยุอย่างรวดเร็วซึ่งเดินทางผ่านอวกาศและมาถึงโลก เครดิตรูปภาพ: ESO/M. กรเมสเซอร์, CC BY

การค้นหาปืนสูบบุหรี่

เพื่อทดสอบแนวคิดนี้ อเล็กซานดรา โมโรอิอานู นักศึกษาระดับปริญญาโทที่มหาวิทยาลัยเวสเทิร์นออสเตรเลีย ได้มองหาดาวนิวตรอนที่รวมตัวกันที่ตรวจพบโดยหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงด้วยเลเซอร์ อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (LINK) ในสหรัฐอเมริกา. คลื่นความโน้มถ่วงที่ LIGO ค้นหาคือระลอกคลื่นในกาลอวกาศ ซึ่งเกิดจากการชนกันของวัตถุขนาดใหญ่ XNUMX ชิ้น เช่น ดาวนิวตรอน

LIGO ได้พบการรวมตัวของดาวนิวตรอนคู่สองดวง ประการที่สองเรียกว่า GW190425เกิดขึ้นเมื่อกล้องโทรทรรศน์ล่าสัตว์ FRB ใหม่ที่เรียกว่า กระดิ่ง ยังใช้งานได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับมือใหม่ CHIME ต้องใช้เวลาถึงสองปี เพื่อเผยแพร่ข้อมูลชุดแรก. เมื่อทำเช่นนั้น โมโรอิอานูระบุสัญญาณวิทยุที่เรียกอย่างรวดเร็ว FRB 20190425A ซึ่งเกิดขึ้นเพียงสองชั่วโมงครึ่งหลังจาก GW190425

ที่น่าตื่นเต้นเช่นนี้ มีปัญหาเกิดขึ้น—เครื่องตรวจจับเพียงหนึ่งในสองเครื่องของ LIGO เท่านั้นที่ทำงานในขณะนั้น ทำให้มัน ไม่แน่นอนมาก GW190425 มาจากไหนกันแน่ ในความเป็นจริง มีโอกาส XNUMX เปอร์เซ็นต์ที่อาจเป็นเพียงแค่เรื่องบังเอิญ

ที่แย่กว่านั้นคือ แฟร์ ดาวเทียม ซึ่งสามารถตรวจจับรังสีแกมมาจากการควบรวมกิจการได้ ซึ่งก็คือ "ควันปืน" ที่ยืนยันที่มาของ GW190425 ถูกบล็อกโดย Earth ในเวลาที่

ทิวทัศน์ยามค่ำคืนของท่อโค้งสีขาวที่เรียงกันเป็นลายตาราง
CHIME การทดลองการทำแผนที่ความเข้มของไฮโดรเจนของแคนาดา ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับการตรวจจับ FRB เครดิตรูปภาพ: Andre Renard/Dunlap Institute/CHIME Collaboration

ไม่น่าจะเป็นเรื่องบังเอิญ

อย่างไรก็ตาม เงื่อนงำที่สำคัญคือ FRB ติดตามปริมาณก๊าซทั้งหมดที่พวกเขาผ่านเข้าไป เรารู้เรื่องนี้เพราะคลื่นวิทยุความถี่สูงเดินทางผ่านแก๊สได้เร็วกว่าคลื่นความถี่ต่ำ ดังนั้น ความแตกต่างของเวลาระหว่างคลื่นเหล่านี้จึงบอกปริมาณแก๊สให้เราทราบ

เพราะเรารู้ว่า ความหนาแน่นของก๊าซเฉลี่ยของเอกภพเราสามารถเชื่อมโยงปริมาณก๊าซนี้กับระยะทาง ซึ่งเรียกว่า ความสัมพันธ์ Macquart. และระยะทางที่เดินทางโดย FRB 20190425A นั้นเกือบจะสมบูรณ์แบบสำหรับระยะทางถึง GW190425 บิงโก!

เราได้ค้นพบแหล่งที่มาของ FRB ทั้งหมดแล้วหรือยัง? ไม่ มีดาวนิวตรอนที่รวมตัวกันไม่มากพอในเอกภพที่จะอธิบายจำนวนของ FRB—บางดวงยังต้องมาจากแมกนีทาร์ เช่น SGR 1935+2154

และถึงแม้จะมีหลักฐาน แต่ก็ยังมีโอกาส 1 ใน 200 ทั้งหมดนี้อาจเป็นเรื่องบังเอิญครั้งใหญ่ อย่างไรก็ตาม LIGO และเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงอีกสองเครื่อง ราศีกันย์ และ คากราจะ เปิดอีกครั้ง ในเดือนพฤษภาคม ศกนี้ และไวกว่าเดิม ในขณะที่ CHIME และ กล้องโทรทรรศน์วิทยุอื่นๆ พร้อมตรวจจับ FRB จากการรวมตัวของดาวนิวตรอนได้ทันที

ในอีกไม่กี่เดือน เราอาจค้นพบว่าเราได้ค้นพบความก้าวหน้าครั้งสำคัญหรือไม่ หรือเป็นเพียงการประลองในชั่วพริบตา

Clancy W. James ต้องการรับทราบ Alexandra Moroianu ผู้เขียนนำของการศึกษา; ผู้เขียนร่วมของเขา Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (มหาวิทยาลัยเวสเทิร์นออสเตรเลีย), Bing Zhang และ Shunke Ai (มหาวิทยาลัยเนวาดา); และที่ปรึกษาผู้ล่วงลับของเขา Jean-Pierre Macquart ผู้ทดลองตรวจสอบความสัมพันธ์ของระยะทางก๊าซ ซึ่งปัจจุบันได้รับการตั้งชื่อตามเขาสนทนา

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

เครดิตภาพ: CSIRO/อเล็กซ์ เชอร์นีย์

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก Hub เอกพจน์