Krótka historia szybkich rozbłysków radiowych

0
7

Po raz pierwsze zjawisko FRB (Fast Radio Burst) zauważone i odnotowane zostało w 2007 roku podczas badań archiwalnych danych zebranych sześć lat wcześniej przez australijski teleskop Parkesa. Anomalię wykrył student pracujący w zespole badaczy pod kierownictwem profesora Duncana Lorimera, którego nazwiskiem ochrzczony został zaobserwowany sygnał. Rozbłysk Lorimera był pierwszym z pięciu tego typu przypadków wykrytych później w analizowanym pakiecie danych.

Rozbłysk Lorimera

Sygnał Lorimera trwał zaledwie 5 milisekund i pochodził z regionu odległego o trzy stopnie od Małego Obłoku Magellana. Natężenie emitowanego strumienia wynosiło 30 janskych (jednostka strumienia radiowego), a jego charakterystyka wskazywała na odległe, pozagalaktyczne pochodzenie – spektrum rozbłysku obejmowało szeroki zakres częstotliwości, co sugerowało kontakt z kosmiczną materią (elektronami) na dystansie nawet miliardów lat świetlnych, wskazując tym samym także na bardzo energetyczny charakter źródła pochodzenia rozbłysku. Sygnał nie powtórzył się dając przesłanki do rozważań nad unikatowym i jednorazowym charakterem jego przyczyn. Duże oddalenie źródła uniemożliwiało dokładne badanie zjawiska, pozwalając jedynie spekulować na jego temat w kontekście wybuchu supernowej, aktywności czarnej dziury, blitzarów, czy zderzenia gwiazd neutronowych, a nawet efektów działania technologii pozaziemskich cywilizacji.

Zapis rozbłysku Lorimera

Wstępne badania wykrytych później kolejnych rozbłysków pozwoliły scharakteryzować FRB jako krótkie, trwające ułamki sekund niezwykle energetyczne sygnały fal radiowych, pochodzące z odległych galaktyk i nie podlegające powtórzeniom. Na zarejestrowane procesy FRB nie miały przy tym wpływu ani tempo formowania gwiazd, ani środowisko, ani typ galaktyki, z której dany rozbłysk pochodził.

FRB 121102

Taki opis adekwatny był do czasu analizy rozbłysku z 2012 roku, kiedy to okazało się, że nie wszystkie FRB mają tak prostą strukturę. Zarejestrowany pod koniec roku 30 milisekundowy błysk (FRB 121102) pochodzący z galaktyki karłowatej oddalonej o ponad 2 miliardy lat świetlnych, cechowały zmiany jasności i, co najważniejsze, cykliczność. Sygnał powtórzył się, będąc aktywnym/ nieaktywnym w cyklach 90 dni/ 67. Powtarzalnością wykazało się jeszcze kilka FRB, otrzymując nazwę repeaterów. Rozbłyski takie w swej strukturze mogą posiadać kilka maksimów, przy czym sygnał taki nie jest szerokopasmowy, a każde maksimum odpowiada innemu zakresowi częstotliwości.

Taki charakter zjawiska zdawał się komplikować nieco próby jego usystematyzowania, choć paradoksalnie powtarzające się szybkie rozbłyski radiowe dały możliwość dokładniejszego ich zbadania i zawężenia obszaru hipotez dotyczących przyczyn tego zjawiska. Cykliczność wykluczyła ich katastroficzne pochodzenie (zderzeniowe) wskazując na źródło będące np. jądrem gwiazdy neutronowej znajdującej się w pobliżu niezwykle silnego pola magnetycznego w postaci np. masywnej czarnej dziury.

FRB 180916 (okresowy repeater)

Badania nad szybkimi rozbłyskami radiowymi nabrały tempa wraz z zaadaptowaniem do projektu Kanadyjskiego Eksperymentu Tworzenia Map Intensywności Wodoru (CHIME), dzięki któremu od początku 2019 roku odebrano ponad 700 FRB. Jednym z nich był cykliczny i tym razem zaskakująco regularny impuls FRB 180916 pochodzący z galaktyki oddalonej o 500 milionów lat świetlnych od Ziemi. Regularna aktywność występująca tu w przybliżeniu co 16,35 dnia według astrofizyków może być związana z procesami zachodzącymi w jakimś układzie orbitującym.

Każdy nowy rozbłysk przynosił kolejna porcję danych przybliżając astrofizyków do rozwiązania zagadki FRB, zwłaszcza, że rozbłyski stanowią obecnie “gorący temat”, budzący ogromne zainteresowanie naukowców, którzy dysponują sporymi nakładami finansowymi przeznaczonymi na badania. Wiadomo już, że FRB nie są rzadkością. Niebo jest wręcz usiane rozbłyskami – szacuje się, iż zjawisk takich może być nawet 1000 w ciągu doby. Trzeba jednak wiedzieć gdzie należy patrzeć.

FRB 200428

W kwietniu 2020 udało się zarejestrować szerokopasmowy milisekundowy rozbłysk (700 000 janskych) dochodzący z najmniejszej jak dotąd odległości od Ziemi. Pochodził bowiem z obszaru Drogi Mlecznej. Rejestracji FRB 200428 dokonał CHIME oraz amerykański The Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2 (STARE2). Tym razem jednak udało się określić źródło promieniowania. Był nim magnetar (SGR 1935+2154), czyli rodzaj gęstej gwiazdy neutronowej o niezwykle silnym polu magnetycznym (1000 razy większym od gwiazdy neutronowej), obiekt, który astrofizycy włączali już wcześniej do grupy teoretycznie podejrzanych o wywoływanie szybkich błysków radiowych. Oprócz rozpoznanego źródła impulsu oraz pochodzenia z rejonu Drogi Mlecznej FRB był o tyle ciekawy, że obejmował także szersze niż radiowe spektrum promieniowania (rentgenowskie), które pozwoliło sprecyzować odległość magnetara. 

FRB – hipotezy, analizy i pytania

Trwają teoretyczne analizy zjawiska w celu określenia procesów tworzenia FRB. Błysk wywołany przez magnetar może być silnym impulsem naładowanych cząstek (m.in. elektronów), które zderzają się z innymi wyemitowanymi cząstkami wywołując zjawisko podobne do fali uderzeniowej. Fala generuje potężne pole magnetyczne. Elektrony poruszają się wzdłuż linii pola wytwarzając impuls elektromagnetyczny w radiowym paśmie częstotliwości. Elektrony w tym przypadku zostają rozgrzane do wysokiej temperatury emitując także promieniowanie rentgenowskie. W zjawisku można także wyodrębnić pojedyncze struktury trwające milisekundy, co oznacza, iż za emisję FRG odpowiadałyby bardzo małe fizyczne obszary wielkości nie większej od boiska piłkarskiego. Skala tego zjawiska jest doprawdy szokująca.

Charakterystyczne było również to, iż  FRB 200428 posiadał trzy maksima, które wyprzedzały rozbłysk rentgenowski. Toczą się dyskusje na temat istoty tego zjawiska i ewentualnej poprawności czasu odczytu. Zwłaszcza, że zarejestrowane później impulsy rentgenowskie nie były skorelowane z FRB. Kolejne odebrane błyski radiowe magnetara miały już jednak dużo mniejszą jasność, przy podobnej strukturze, co rodzi pytanie o możliwości technologiczne dostępnej obecnie aparatury w kontekście badania tego typu zjawisk. Być może obserwujemy jedynie sam czubek góry lodowej rozgrywających się we wszechświecie procesów.

Choć wcześniej zarejestrowane FRB niosły podobną porcję energii, nie ma jednak pewności, że za wszystkie zaobserwowane rozbłyski odpowiadają magnetary. Być może istnieją także inne przyczyny tego zjawiska. Choć dziedzina błyskawicznie się rozwija, pytań ciągle pozostaje mnóstwo. Astrofizycy nie są pewni jak dotąd choćby tego, czy sam proces tworzenia FRB jest znany współczesnej nauce, czy może stanowi jeszcze tajemnicę. Czy rozbłyski pojedyncze mają ten sam charakter co powtarzające się struktury? Czy pojedyncze FRB są bardziej energetyczne od występujących cyklicznie? Jaki wpływ na błyski ma środowisko galaktyczne, w którym one powstają (np. repeatery wydają się pojawiać w mniej masywnych galaktykach)? I wreszcie, przy jakiej mocy promieniowania możemy mówić o FRB, innymi słowy czy błyski o różnych jasnościach są efektem tego samego procesu? Pozostaje mieć nadzieję, iż napływające szerokim strumieniem obserwacje oraz skoordynowane działania astrofizyków rzucą wkrótce nieco więcej światła na tajemnicze jak dotąd rozbłyski. 

0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments