Các nhà thiên văn học lần đầu tiên liên kết một vụ nổ vô tuyến nhanh bí ẩn với sóng hấp dẫn

Tôi và một nhóm đồng nghiệp có bằng chứng vừa được công bố in Thiên văn học Thiên văn cho những gì có thể tạo ra các đợt sóng vô tuyến bí ẩn đến từ các thiên hà xa xôi, được gọi là đài phát thanh nhanh hoặc FRB.

hai va chạm sao neutron—mỗi lõi siêu đặc của một ngôi sao phát nổ—tạo ra một đợt sóng hấp dẫn khi chúng hợp nhất thành một “sao neutron siêu lớn”. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng hai tiếng rưỡi sau, họ đã tạo ra một FRB khi ngôi sao neutron sụp đổ thành lỗ đen.

Hoặc vì vậy chúng tôi nghĩ. Phần bằng chứng quan trọng sẽ xác nhận hoặc bác bỏ lý thuyết của chúng tôi—một tia chớp quang học hoặc tia gamma phát ra từ hướng của vụ nổ radio nhanh—đã biến mất gần bốn năm trước. Trong vài tháng nữa, chúng ta có thể có một cơ hội khác để tìm hiểu xem mình có đúng không.

Ngắn gọn và mạnh mẽ

FRB là các xung sóng vô tuyến cực mạnh từ không gian kéo dài khoảng một phần nghìn giây. Sử dụng dữ liệu từ kính viễn vọng vô tuyến ở Australia, Australian Square Kilometer Array Pathfinder (CÀNG TỐT), các nhà thiên văn học đã tìm thấy rằng hầu hết các FRB đến từ các thiên hà nên ánh sáng ở xa cần hàng tỷ năm để đến với chúng ta. Nhưng điều gì tạo ra những vụ nổ sóng vô tuyến này đã khiến các nhà thiên văn học bối rối kể từ đó. phát hiện ban đầu 2007.

Manh mối tốt nhất đến từ một vật thể trong thiên hà của chúng ta được gọi là SGR 1935+2154. nó là một nam châm, là một ngôi sao neutron có từ trường mạnh hơn nam châm tủ lạnh khoảng một nghìn tỷ lần. Vào ngày 28 tháng 2020 năm XNUMX, nó đã tạo ra một sự bùng nổ dữ dội của sóng vô tuyến—tương tự như FRB, mặc dù kém mạnh mẽ hơn.

Các nhà thiên văn học từ lâu đã dự đoán rằng hai ngôi sao neutron—một ngôi sao đôi—hợp nhất để tạo ra một hố đen cũng sẽ tạo ra một loạt sóng vô tuyến. Hai ngôi sao neutron sẽ có từ tính cao và các lỗ đen không thể có từ trường. Ý tưởng là sự biến mất đột ngột của từ trường khi các sao neutron hợp nhất và sụp đổ thành một lỗ đen tạo ra một vụ nổ vô tuyến nhanh. Từ trường thay đổi tạo ra điện trường—đó là cách hầu hết các nhà máy điện sản xuất điện. Và sự thay đổi lớn trong từ trường tại thời điểm sụp đổ có thể tạo ra trường điện từ cực mạnh của FRB.

Tìm kiếm khẩu súng hút thuốc

Để kiểm tra ý tưởng này, Alexandra Moroianu, một sinh viên thạc sĩ tại Đại học Tây Úc, đã tìm kiếm các sao neutron hợp nhất được phát hiện bởi Đài quan sát Sóng hấp dẫn Giao thoa kế Laser (LIGO) tại Hoa Kỳ. Sóng hấp dẫn mà LIGO tìm kiếm là những gợn sóng trong không thời gian, được tạo ra bởi sự va chạm của hai vật thể khối lượng lớn, chẳng hạn như sao neutron.

LIGO đã tìm thấy hai vụ sáp nhập sao neutron nhị phân. Điều quan trọng, thứ hai, được gọi là GW190425, xảy ra khi một kính viễn vọng săn FRB mới được gọi là KÊU VANG cũng đã hoạt động. Tuy nhiên, là người mới, CHIME đã mất hai năm để phát hành lô dữ liệu đầu tiên của nó. Khi nó làm như vậy, Moroianu nhanh chóng xác định được một vụ nổ radio nhanh được gọi là FRB 20190425A xảy ra chỉ hai tiếng rưỡi sau GW190425.

Thú vị là thế, nhưng có một vấn đề—chỉ có một trong hai máy dò của LIGO hoạt động vào thời điểm đó, khiến nó rất không chắc chắn GW190425 chính xác đến từ đâu. Trên thực tế, có XNUMX% khả năng đây chỉ là sự trùng hợp ngẫu nhiên.

Tệ hơn, các Fermi vệ tinh, có thể đã phát hiện ra tia gamma từ vụ sáp nhập—“khẩu súng bốc khói” xác nhận nguồn gốc của GW190425—là bị trái đất chặn tại thời điểm.

Không thể là một sự trùng hợp ngẫu nhiên

Tuy nhiên, manh mối quan trọng là các FRB theo dõi tổng lượng khí mà chúng đã đi qua. Chúng tôi biết điều này bởi vì sóng vô tuyến tần số cao truyền qua khí nhanh hơn sóng tần số thấp, do đó, sự khác biệt về thời gian giữa chúng cho chúng tôi biết lượng khí.

Bởi vì chúng tôi biết mật độ khí trung bình của vũ trụ, chúng ta có thể liên hệ hàm lượng khí này với khoảng cách, được gọi là quan hệ Macquart. Và quãng đường đi được của FRB 20190425A gần như khớp hoàn hảo với khoảng cách tới GW190425. Chơi lô tô!

Vì vậy, chúng tôi đã phát hiện ra nguồn gốc của tất cả các FRB? Không. Không có đủ các sao neutron hợp nhất trong vũ trụ để giải thích số lượng FRB—một số vẫn phải đến từ các nam châm, giống như SGR 1935+2154 đã làm.

Và ngay cả khi có bằng chứng, vẫn có 1/200 khả năng đây hoàn toàn có thể là một sự trùng hợp ngẫu nhiên. Tuy nhiên, LIGO và hai máy dò sóng hấp dẫn khác, Virgo và KAGRA, sẽ quay trở lại vào tháng XNUMX năm nay và nhạy cảm hơn bao giờ hết, trong khi CHIME và kính viễn vọng vô tuyến khác sẵn sàng phát hiện ngay bất kỳ FRB nào từ các vụ sáp nhập sao neutron.

Trong vài tháng nữa, chúng ta có thể biết liệu mình đã tạo ra một bước đột phá quan trọng hay không—hay liệu đó chỉ là một tia chớp nhoáng.

Clancy W. James xin cảm ơn Alexandra Moroianu, tác giả chính của nghiên cứu; các đồng tác giả của ông, Linqing Wen, Fiona Panther, Manoj Kovalem (Đại học Tây Úc), Bing Zhang và Shunke Ai (Đại học Nevada); và người cố vấn quá cố của ông, Jean-Pierre Macquart, người đã xác minh bằng thực nghiệm mối quan hệ khoảng cách khí, hiện được đặt theo tên ông.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: CSIRO/Alex Cherney

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2023/03/30/for-the-first-time-astronomers-have-linked-a-mysterious-fast-radio-burst-with-gravitational-waves/