Το σαφές και περιοδικό μοτίβο των γρήγορων ραδιοεκρήξεων μπορεί να προέρχεται από ένα μακρινό αστέρι νετρονίων.
Αστρονόμοι στο MIT και αλλού εντόπισαν ένα παράξενο και επίμονο ραδιοσήμα από έναν μακρινό γαλαξία που φαίνεται να αναβοσβήνει με εκπληκτική κανονικότητα.
Το σήμα ταξινομείται ως μια γρήγορη ραδιοέκρηξη ή FRB - μια έντονα ισχυρή έκρηξη ραδιοκυμάτων άγνωστης αστροφυσικής προέλευσης, η οποία συνήθως διαρκεί το πολύ μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου. Ωστόσο, αυτό το νέο σήμα διαρκεί έως και τρία δευτερόλεπτα, περίπου 1.000 φορές περισσότερο από το μέσο FRB. Μέσα σε αυτό το παράθυρο, η ομάδα εντόπισε εκρήξεις ραδιοκυμάτων που επαναλαμβάνονται κάθε 0,2 δευτερόλεπτα σε ένα σαφές περιοδικό μοτίβο, παρόμοιο με το χτύπημα της καρδιάς.
Οι ερευνητές ονόμασαν το σήμα FRB 20191221A και είναι προς το παρόν το FRB με τη μεγαλύτερη διάρκεια και το σαφέστερο περιοδικό μοτίβο που έχει ανιχνευθεί μέχρι σήμερα.
Η πηγή του σήματος βρίσκεται σε έναν μακρινό γαλαξία, αρκετά δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη. Το τι ακριβώς μπορεί να είναι αυτή η πηγή παραμένει ένα μυστήριο, αν και οι αστρονόμοι υποψιάζονται ότι το σήμα θα μπορούσε να προέρχεται είτε από ένα ραδιοπάλσαρ είτε από ένα μαγνήταρ, τα οποία είναι τύποι αστέρων νετρονίων - εξαιρετικά πυκνοί, ταχύτατα περιστρεφόμενοι καταρρεύσαντες πυρήνες γιγάντιων αστέρων.
"Δεν υπάρχουν πολλά πράγματα στο σύμπαν που εκπέμπουν αυστηρά περιοδικά σήματα", λέει ο Daniele Michilli, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Kavli του MIT για την Αστροφυσική και τη Διαστημική Έρευνα. "Παραδείγματα που γνωρίζουμε στον δικό μας γαλαξία είναι τα ραδιοπάλσαρ και τα μαγνητάρια, τα οποία περιστρέφονται και παράγουν μια δέσμια εκπομπή παρόμοια με έναν φάρο. Και πιστεύουμε ότι αυτό το νέο σήμα θα μπορούσε να είναι ένα magnetar ή ένα pulsar σε στεροειδή".
Η ομάδα ελπίζει να ανιχνεύσει περισσότερα περιοδικά σήματα από αυτή την πηγή, τα οποία θα μπορούσαν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν ως αστροφυσικό ρολόι. Για παράδειγμα, η συχνότητα των εκρήξεων και ο τρόπος με τον οποίο αλλάζουν καθώς η πηγή απομακρύνεται από τη Γη, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση του ρυθμού με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν.
Η ανακάλυψη αναφέρεται σήμερα στο περιοδικό Nature, και είναι συγγραφική εργασία των μελών της συνεργασίας CHIME/FRB Collaboration, συμπεριλαμβανομένων των συν-συγγραφέων του MIT Calvin Leung, Juan Mena-Parra, Kaitlyn Shin και Kiyoshi Masui στο MIT, μαζί με τον Michilli, ο οποίος ηγήθηκε της ανακάλυψης αρχικά ως ερευνητής στο Πανεπιστήμιο McGill, και στη συνέχεια ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στο MIT.
"Μπουμ, μπουμ, μπουμ"
Από τότε που ανακαλύφθηκε η πρώτη FRB το 2007, έχουν ανιχνευθεί εκατοντάδες παρόμοιες ραδιοαναλαμπές σε όλο το σύμπαν, με πιο πρόσφατη το Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment ή CHIME, ένα συμβολομετρικό ραδιοτηλεσκόπιο που αποτελείται από τέσσερα μεγάλα παραβολικά κάτοπτρα και βρίσκεται στο Dominion Radio Astrophysical Observatory στη Βρετανική Κολομβία του Καναδά.
Το CHIME παρατηρεί συνεχώς τον ουρανό καθώς η Γη περιστρέφεται και έχει σχεδιαστεί για να συλλαμβάνει ραδιοκύματα που εκπέμπονται από το υδρογόνο στα πολύ πρώιμα στάδια του σύμπαντος. Το τηλεσκόπιο τυχαίνει επίσης να είναι ευαίσθητο στις γρήγορες ραδιοεκρήξεις, και από τότε που άρχισε να παρατηρεί τον ουρανό το 2018, το CHIME έχει ανιχνεύσει εκατοντάδες FRBs που προέρχονται από διάφορα σημεία του ουρανού.
Η συντριπτική πλειονότητα των FRB που έχουν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα είναι εφάπαξ - εξαιρετικά φωτεινές εκρήξεις ραδιοκυμάτων που διαρκούν για μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου πριν σβήσουν. Πρόσφατα, οι ερευνητές ανακάλυψαν την πρώτη περιοδική FRB που φαίνεται να εκπέμπει ένα κανονικό μοτίβο ραδιοκυμάτων. Το σήμα αυτό αποτελούνταν από ένα τετραήμερο παράθυρο τυχαίων εκρήξεων που στη συνέχεια επαναλαμβάνονταν κάθε 16 ημέρες. Αυτός ο κύκλος των 16 ημερών υποδήλωνε ένα περιοδικό μοτίβο δραστηριότητας, αν και το σήμα των πραγματικών ραδιοεκρήξεων ήταν τυχαίο και όχι περιοδικό.
Στις 21 Δεκεμβρίου 2019, το CHIME έπιασε ένα σήμα μιας πιθανής FRB, το οποίο τράβηξε αμέσως την προσοχή του Michilli, ο οποίος εξέταζε τα εισερχόμενα δεδομένα.
"Ήταν ασυνήθιστο", θυμάται. "Όχι μόνο ήταν πολύ μεγάλο, διαρκούσε περίπου τρία δευτερόλεπτα, αλλά υπήρχαν και περιοδικές κορυφές που ήταν εξαιρετικά ακριβείς, εκπέμποντας κάθε κλάσμα του δευτερολέπτου - μπουμ, μπουμ, μπουμ - σαν καρδιακός παλμός. Αυτή είναι η πρώτη φορά που το ίδιο το σήμα είναι περιοδικό".
Λαμπρές εκρήξεις
Αναλύοντας το μοτίβο των ραδιοεκρήξεων του FRB 20191221A, ο Michilli και οι συνάδελφοί του βρήκαν ομοιότητες με τις εκπομπές από ραδιοπάλσαρ και μαγνητάρια στο δικό μας γαλαξία. Τα ραδιοπάλσαρ είναι αστέρια νετρονίων που εκπέμπουν δέσμες ραδιοκυμάτων, οι οποίες φαίνεται να παλλόμενες καθώς το αστέρι περιστρέφεται, ενώ παρόμοια εκπομπή παράγεται από τα μαγνητάρια λόγω των ακραίων μαγνητικών τους πεδίων.
Η κύρια διαφορά μεταξύ του νέου σήματος και των ραδιοεκπομπών από τα δικά μας γαλαξιακά πάλσαρ και μαγνητάρια είναι ότι το FRB 20191221A φαίνεται να είναι περισσότερο από ένα εκατομμύριο φορές φωτεινότερο. Ο Michilli λέει ότι οι φωτεινές αναλαμπές μπορεί να προέρχονται από ένα μακρινό ραδιοπάλσαρ ή μαγνητάρ που κανονικά είναι λιγότερο φωτεινό καθώς περιστρέφεται και για κάποιο άγνωστο λόγο εκτόξευσε μια σειρά από λαμπρές εκλάμψεις, σε ένα σπάνιο παράθυρο τριών δευτερολέπτων που το CHIME ήταν ευτυχώς σε θέση να πιάσει.
"Το CHIME έχει πλέον ανιχνεύσει πολλές FRBs με διαφορετικές ιδιότητες", λέει ο Michilli. "Έχουμε δει κάποιες που ζουν μέσα σε σύννεφα που είναι πολύ ταραχώδη, ενώ άλλες μοιάζουν να βρίσκονται σε καθαρό περιβάλλον. Από τις ιδιότητες αυτού του νέου σήματος, μπορούμε να πούμε ότι γύρω από αυτή την πηγή, υπάρχει ένα νέφος πλάσματος που πρέπει να είναι εξαιρετικά τυρβώδης".
Οι αστρονόμοι ελπίζουν να συλλάβουν επιπλέον εκρήξεις από το περιοδικό FRB 20191221A, οι οποίες μπορούν να βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση της πηγής του και των αστέρων νετρονίων γενικότερα.
"Αυτή η ανίχνευση εγείρει το ερώτημα τι θα μπορούσε να προκαλέσει αυτό το ακραίο σήμα που δεν έχουμε ξαναδεί και πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτό το σήμα για να μελετήσουμε το σύμπαν", λέει ο Michilli. "Τα μελλοντικά τηλεσκόπια υπόσχονται να ανακαλύπτουν χιλιάδες FRBs το μήνα, και σε εκείνο το σημείο μπορεί να βρούμε πολλά περισσότερα από αυτά τα περιοδικά σήματα".
Ημ/νία καταχώρησης: 28/7/2022
[GR] Greek
[EN] English