8 Minutės
Arčiausias ir ryškiausias kada nors astronomų užfiksuotas greitasis radijo sprogimas. Spindintis „RBFLOAT“ radijo pliūpsnis, kilęs netoli esančioje Didžiojo Lokio (Ursa Major) žvaigždynėje, suteikia aiogiausią iki šiol vaizdą apie aplinką aplink šiuos paslaptingus žybsnius. Nuotrauka: Danielle Futselaar
kaimynystės žybsnis, perrašęs stebėjimo galimybes FRB
Greitasis radijo sprogimas (FRB) — intensyvus milisekundės trukmės radijo spindesys, kuris trumpam gali nuslopinti visus kitus radijo šaltinius savo gimtojoje galaktikoje. Kai kurie FRB yra tokie šviesūs, kad jų signalai aptinkami per milijardus šviesmečių. Tačiau po daugiau nei dešimtmečio aptikimų jų fizinis kilmės mechanizmas vis dar neaiškus.
2025 m. kovo 16 d. neįprastai ryškus FRB užfiksavo Kanados vandenilio intensyvumo žemėlapio eksperimentas (CHIME) ir jo naujosios companion stotys CHIME Outriggers. Maždaug už 130 milijonų šviesmečių, spiralinėje galaktikoje NGC 4141 Didžiojo Lokio žvaigždyne, rastas pliūpsnis yra tarp artimiausių ir ryškiausių iki šiol užfiksuotų FRB. Jo neįprasta ryškuma ir artumas pelnė jam neoficialų pavadinimą „RBFLOAT“ — radio brightest flash of all time — ir, svarbiausia, suteikė astronomams beprecedentį langą į greitojo radijo sprogimo aplinką.
„Kosmiškai kalbant, šis greitasis radijo sprogimas yra tiesiog mūsų kaimynystėje,“ sakė Kiyoshi Masui, fizikos docentas ir MIT Kavli astrofizikos bei kosmoso tyrimų instituto bendradarbis. „Tai reiškia, kad turime galimybę išsamiai ištirti gana įprastą FRB.“
CHIME, CHIME Outriggers ir šuolis lokalizacijoje
CHIME yra didelis cilindrinių, pusiau vamzdinių antenų masyvas Britų Kolumbijoje, iš pradžių sukurtas vandenilio žemėlapiams kosminiame laike kurti. Nuo 2018 m., kai pradėjo veikti, CHIME tapo vienu produktyviausių FRB aptikėju pasaulyje, pranešdamas apie tūkstančius pliūpsnių visame danguje. Tačiau pati pagrindinė CHIME matrica neturėjo pakankamos kampinės tikslumo, kad visada galėtų tiksliai nustatyti pliūpsnių vietą savo gimtinės galaktikose.
Siekiant spręsti šią problemą, buvo įrengtos CHIME Outriggers — trys mažesnės, CHIME stiliaus stotys, išdėstytos po Šiaurės Ameriką. Veikdamos kartu su pagrindine CHIME matrica kaip interferometras per visą žemyną, Outriggers gali lokalizuoti labai ryškius, milisekundės trukmės radijo žybsnius iki subarksecondinio tikslumo. Šis tinklo patobulinimas pakeitė CHIME iš plataus aprėpties aptikėjo į aukštos tikslumo lokalizatorių ryškiausiems FRB.
„Įsivaizduokite, kad esame Niujorke, o Floridoje trumpam užsidega švieselė,“ sakė Shion Andrew, Kavli daktaro studentas MIT. „Lokalizuoti FRB iki konkrečios galaktikos dalies galima palyginti su ne vien tik nustatymu, iš kurio medžio atskrido švieselė, bet net su kuriu šakos segmentu ji sėdi.“ CHIME + Outriggers sistema padarė būtent tokį šuolį RBFLOAT atveju: ji nustatė NGC 4141 kaip gimtinę ir lokalizavo pliūpsnį prie aktyvios žvaigždžių formavimosi srities krašto.
Gimtinės galaktikos aplinka ir išvados apie protėvius
Papildomi vaizdai ir spektroskopija nustatė RBFLOAT periferijoje žvaigždžių formavimosi komplekso NGC 4141 galaktikoje. Ši vieta yra svarbi užuomina. Viena iš pagrindinių hipotezių daugeliui FRB yra magnetarai — jaunos, stipriai magnetizuotos neutroninės žvaigždės, žinomos dėl energetinių išsiveržimų visame elektromagnetiniame spektre. Kadangi magnetarai dažnai siejami su neseniai susiformavusiomis žvaigždžių sritimis, pliūpsnis, esantis giliai tokioje zonoje, stipriai rodytų į labai jauną magnetarą. RBFLOAT buvimo vieta pakraštyje rodo šiek tiek vyresnį protėvį, galbūt magnetarą, pasislinkusį arba senstelėjusį už tankiausių jaunų žvaigždžių telkinių ribų.
„Tai daugiausia užuominos,“ sakė Masui. „Tačiau šio pliūpsnio tiksli lokalizacija leidžia mums gilintis į tai, kiek metų gali būti FRB šaltinis. Jei jis būtų viduryje, jam būtų tik keli tūkstančiai metų — labai jaunas žvaigždės atžvilgiu. Šis, būdamas pakraštyje, galbūt turėjo šiek tiek daugiau laiko subręsti.“
Aplink FRB esanti aplinka palieka matomus pėdsakus radijo signale: dispersija ir sklaida dėl tarpinio plazmos sluoksnio, Faradėjaus rotacija dėl magnetinių laukų ir absorbcija vietinio dujų sluoksnio. Kadangi RBFLOAT yra tiek ryškus, tiek artimas, šie propagacijos požymiai galimi išmatuoti didesniu signalo ir triukšmo santykiu nei tolimiems pliūpsniams. Tokia pagerinta informacija leidžia griežčiau apriboti aplinkinės terpės tankį, magnetizaciją ir struktūrą, kas pažengina modelius, kaip susidaro pliūpsniai ir kaip jie kinta su laiku.
Vienkartinis įvykis ar besikartojantis šaltinis? Ką atskleidžia archyvai
Nuo pirmojo FRB atradimo 2007 m. astronomai užregistravo daugiau nei 4 000 pliūpsnių. Dauguma yra vienkartiniai įvykiai; mažuma kartojasi retkarčiais, o nedidelė dalis rodo periodinę arba kvazi-periodinę veiklą. Nustatyti, ar kartotiniai ir nekartotiniai FRB kyla iš to paties fizinio mechanizmo, išlieka pagrindiniu klausimu. Vienas kelias link atsakymo — ieškoti ankstesnės veiklos šaltinio koordinačių archyvuose.
CHIME nuolatinis stebėjimas ir Outriggers įjungtas įrašymas leido atlikti kruopštų retrospektyvų paiešką. Bendradarbiavimas išnagrinėjo šešerių metų CHIME stebėjimų duomenis NGC 4141 koordinatėse, tačiau nebuvo rasta ankstesnių pliūpsnių iš tos srities. Bent jau per pastaruosius šešerius metus RBFLOAT atrodo kaip vienkartinis, nekartojantis įvykis. Atsižvelgiant į jo artumą ir intensyvumą, nekartojančio pobūdžio klasifikacija suteikia tyrėjams retą progą žemėlapiuoti FRB aplinkinę aplinką, kuri, manoma, nekartos, ir palyginti ją su kartotiniais šaltiniais.
„Dabar mes esame šios istorijos viduryje, ar kartotiniai ir nekartotiniai FRB yra skirtingi,“ pažymėjo Masui. „Šie stebėjimai jungia galvosūkio dalis.“ Adam Lanman, MIT fizikos postdokas ir bendraautoris atradimo straipsnyje, pabrėžė didėjančią įvairovę: „Gausdami daug tikslesnių FRB vaizdų, geriau matome įvairovę aplinkų, iš kurių jie kyla.“
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Ruiz, fiktyvi astrofizikė, specializuojanti kompaktiškų objektų magnetosferose ir vyresnioji tyrėja dideliame observatorijoje, pateikia kontekstą: „RBFLOAT yra retas dovana. Arti esantis, itin ryškus FRB leidžia mums tirti magneto-joninę aplinką su detale, paprastai prieinama daug arčiau esančiuose pastoviuose šaltiniuose. Jei magnetarai yra atsakingi, periferinė vieta rodo FRB generuojančių neutroninių žvaigždžių populiaciją, vyresnę nei ta, kuri įsitaisiusi tankiose žvaigždžių sodinimo vietose. Nuolatinis daugiabangis stebėjimas — radijo polarizacija, rentgeno stebėsena ir gilus optinis spektroskopinis tyrimas — padės atskirti konkuruojančius protėvių modelius.“
Jos vertinimas pabrėžia praktinį veiksmų planą: derinti didelės laiko raiškos radijo duomenis su rentgeno ir optiniais tyrimais, ieškant pastoviai egzistuojančių atitikmenų, smūgio požymių ar liekanų, galinčių susieti FRB su konkrečia evoliucine eiga.
Technologijos, finansavimas ir kelias pirmyn
RBFLOAT parodo, kaip instrumentų atnaujinimai plečia mokslinius pasiekimus. CHIME Outriggers tinklas buvo finansuotas Gordon ir Betty Moore fondo bei JAV Nacionalinio mokslo fondo, tuo tarpu pradinė CHIME statyba sulaukė paramos iš Kanadai skirtos inovacijų fondo (Canada Foundation for Innovation) bei Kvebeko, Ontarijo ir Britų Kolumbijos provincijų. Šis filantropinių ir viešųjų lėšų derinys leido įgyvendinti žemyno masto interferometriją, reikalingą aukštos tikslumo FRB lokalizacijai.
Žvelgiant į priekį, CHIME bendradarbiavimas tikisi lokalizuoti šimtus FRB per metus, kol Outriggers veiks ir matrica toliau optimizuos realaus laiko signalų aktyvatorius. Augant lokalizacijos rodikliams, didės ir statistinis imtis, siejantis FRB su gimtųjų galaktikų savybėmis: žvaigždžių amžiumi, metalamiškumu, žvaigždžių formavimosi greičiu ir vietine magnetine aplinka. Tokia demografinė žemėlapio sudarymas yra būtinas nustatyti, ar kartotiniai ir nekartotiniai FRB priklauso vienam protėvių tipui, ar kyla iš kelių kanalų, pavyzdžiui, jaunų magnetarų, sąveikaujančių dvynių ar egzotinių kompaktiškų objektų susidūrimų.
Išvados
RBFLOAT — išskirtinai ryškus, artimas greitasis radijo sprogimas, aptiktas NGC 4141 — žymi svarbų etapą FRB moksle. Suderinus CHIME plataus lauko jautrumą su CHIME Outriggers kampiniu tikslumu, astronomai priskyrė pliūpsnį prie žvaigždžių formavimosi srities krašto ir nerado jokių įrodymų apie ankstesnę kartotą veiklą per šešerių metų archyvinius duomenis. Šie stebėjimai susiaurina protėvių hipotezes, linkusios į modelius, galinčius veikti mažiau centrinėse žvaigždžių formavimo aplinkose, ir pabrėžia magnetarus kaip tikėtiną šaltinių klasę, galbūt įvairaus amžiaus.
Be konkretaus RBFLOAT atvejo, rezultatas parodo, kaip techniniai atnaujinimai ir koordinuotas tolesnis stebėjimas gali pavirsti trumpalaikius milisekundinius įvykius į turtingus astrofizikos tyrimų objektus. Kai CHIME ir kitos naujos kartos radijo įrangos išplės lokalizacijos galimybes, astrofizikos bendruomenė bus pasiruošusi išspręsti, ar FRB yra vienas reiškinys, ar skirtingų kosminių žybsnių šeima — ir ką šie paslaptingi pliūpsniai atskleidžia apie ekstremalią fiziką, neutroninių žvaigždžių evoliuciją ir magnetizuotą taragalaktinę terpę.
Šaltinis: sciencedaily
Komentarai