Οι αστρονόμοι εντοπίζουν την έκρηξη του ραδιοφώνου στην ακραία Κοσμική Γειτονιά

Την παραμονή των Χριστουγέννων του 2016, ο Andrew Seymour, ένας αστρονόμος στο Αστεροσκοπείο Arecibo στο Πουέρτο Ρίκο, φίλησε την 4χρονη κόρη του, Cora Lee, καληνύχτα, λέγοντάς της ότι είχε πάει να παρακολουθήσει τον Άγιο Βασίλη. Περπάτησε μέχρι το φθαρμένο τηλεσκόπιο, περνώντας περιστασιακά από γλεντζέδες που ιππεύουν άλογα στους άδειους δρόμους - ένα συνηθισμένο θέαμα στο Arecibo κατά τη διάρκεια των διακοπών. Μερικές φορές ένα μοναχικό πυροτέχνημα άναβε από μακριά. Κοντά στα μεσάνυχτα, έγνεψε σε έναν φρουρό και μπήκε στο σχεδόν άδειο συγκρότημα.

Το πιάτο του ραδιοφώνου βρισκόταν σε ένα διάλειμμα από το κανονικό του πρόγραμμα, έτσι ο Seymour αποφάσισε να δοκιμάσει το νέο υλικό στο οποίο δούλευαν ο ίδιος και οι συνάδελφοί του. Λίγο αφότου άρχισε να καταγράφει τις παρατηρήσεις του, μια εξαιρετικά ισχυρή ραδιοφωνική πηγή, 3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, αποφάσισε να πει ένα γεια. Ο Seymour δεν βρήκε τον Άγιο Βασίλη εκείνα τα Χριστούγεννα, αλλά μάλλον μια απροσδόκητη ανατροπή στην ιστορία ενός από τα πιο μυστηριώδη αντικείμενα στον κόσμο.

Το αντικείμενο που έπιασε ο Seymour εκείνη τη νύχτα ήταν η μόνη γνωστή επαναλαμβανόμενη γρήγορη ραδιοφωνική έκρηξη (FRB), μια εξαιρετικά σύντομη λάμψη ενέργειας που τρεμοπαίζει και σβήνει σε άνισα διαστήματα. Οι αστρονόμοι συζητούσαν τι μπορεί να προκαλεί τον μυστηριώδη επαναλήπτη, που επίσημα ονομάζεται FRB 121102 και ανεπίσημα η «έκρηξη του Σπίτλερ», από τον αστρονόμο που τον ανακάλυψε.

Τις εβδομάδες που ακολούθησαν εκείνη την ανίχνευση των Χριστουγέννων, ο Arecibo κατέγραψε 15 ακόμη εκρήξεις από αυτή τη μία πηγή. Αυτά τα φλας ήταν τα FRB με την υψηλότερη συχνότητα που καταγράφηκαν ποτέ, μια μέτρηση που έγινε δυνατή από το υλικό που είχε μόλις εγκαταστήσει ο Seymour και η ομάδα του. Με βάση τις νέες πληροφορίες, οι επιστήμονες κατέληξαν σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε σήμερα στο περιοδικό Nature ότι οποιοδήποτε αντικείμενο δημιουργεί τις εκρήξεις, πρέπει να βρίσκεται σε μια πολύ περίεργη και ακραία κοσμική γειτονιά, κάτι παρόμοιο με το περιβάλλον που περιβάλλει μια μαύρη τρύπα με μάζα μεγαλύτερη από 10.000 ήλιους.

Η νέα εργασία βοηθά στην ενίσχυση της θεωρίας ότι τουλάχιστον μερικά FRB μπορεί να παράγονται από μαγνητάρια - εξαιρετικά μαγνητισμένα, περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων, τα οποία είναι τα εξαιρετικά πυκνά υπολείμματα τεράστιας αστεριών που έχουν γίνει σουπερνόβα, δήλωσε ο Shami Chatterjee, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Cornell. Στην περίπτωση του επαναλήπτη, θα μπορούσε να είναι ένα αστέρι νετρονίων «που ζει στο περιβάλλον μιας τεράστιας μαύρης τρύπας», είπε. Ή μπορεί επίσης να μοιάζει με τίποτα που δεν έχουμε ξαναδεί - ένα διαφορετικό είδος μαγνητάρι που περικλείεται σε ένα πολύ έντονο, μαγνητικά πυκνό νεφέλωμα γέννησης, σε αντίθεση με κανένα γνωστό ότι υπάρχει στον γαλαξία μας - «πολύ εξαιρετικές περιστάσεις», είπε.

Πολύ ακραίο για εύρεση

Δεν ήταν προφανές στην αρχή ότι η επαναλαμβανόμενη έκρηξη έπρεπε να ζήσει σε ένα τόσο ακραίο περιβάλλον. Τον Οκτώβριο, 10 μήνες αφότου ο Seymour εντόπισε αυτή την αρχική έκρηξη στο Arecibo, ο Jason Hessels, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, και ο μαθητής του Daniele Michilli κοιτούσαν επίμονα τα δεδομένα στην οθόνη του φορητού υπολογιστή του Michilli. Προσπαθούσαν να προσδιορίσουν εάν ένα μαγνητικό πεδίο κοντά στην πηγή θα μπορούσε να έχει στρίψει τα ραδιοκύματα του, ένα φαινόμενο γνωστό ως περιστροφή Faraday. Δεν φαίνεται να υπάρχει τίποτα να δούμε.

Αλλά τότε ο Hessels είχε μια ιδέα:«Αναρωτήθηκα μήπως είχαμε χάσει αυτό το αποτέλεσμα απλώς και μόνο επειδή ήταν πολύ ακραίο». Έψαχναν για μια μικρή ανατροπή. Τι θα γινόταν αν αναζητούσαν κάτι εξαιρετικό; Ζήτησε από τον Michilli να αυξήσει τις παραμέτρους αναζήτησης, «για να δοκιμάσει τρελούς αριθμούς», όπως το έθεσε ο Michilli. Ο μαθητής επέκτεινε την αναζήτηση κατά ένα συντελεστή πέντε — κάτι μάλλον «αφελές», είπε ο Chatterjee, επειδή μια τόσο υψηλή τιμή θα ήταν εντελώς άνευ προηγουμένου.

Όταν ο φορητός υπολογιστής του Michilli εμφάνισε τη νέα γραφική παράσταση δεδομένων, ο Hessels συνειδητοποίησε αμέσως ότι τα ραδιοκύματα είχαν περάσει από ένα εξαιρετικά ισχυρό μαγνητικό πεδίο. «Σοκαρίστηκα όταν είδα πόσο ακραίο είναι το φαινόμενο περιστροφής Faraday σε αυτή την περίπτωση», είπε. Δεν έμοιαζε με τίποτα άλλο που είχε δει ποτέ στα πάλσαρ και τα μαγνητάρια. "Ντρέπομαι επίσης γιατί καθόμασταν στα κρίσιμα δεδομένα για μήνες" πριν επιχειρήσουμε μια τέτοια ανάλυση, πρόσθεσε.

Η ανακάλυψη έστειλε κυματισμούς σε όλη την κοινότητα. «Σοκαρίστηκα με το email που ανακοινώνει το αποτέλεσμα», είπε η Βίκυ Κάσπη, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο McGill. "Έπρεπε να το διαβάσω πολλές φορές."

Η τελική επιβεβαίωση ήρθε από μια ομάδα που αναζητούσε εξωγήινους. Η πρωτοβουλία Breakthrough Listen χρησιμοποιεί συνήθως ραδιοτηλεσκόπια όπως το τηλεσκόπιο Green Bank στη Δυτική Βιρτζίνια για να ανιχνεύσει τους ουρανούς για σημάδια εξωγήινης ζωής. Ωστόσο, «καθώς δεν είναι προφανές προς ποια κατεύθυνση θα έπρεπε να κατευθύνουν το τηλεσκόπιο για να αναζητήσουν E.T., αποφάσισαν να αφιερώσουν λίγο χρόνο κοιτάζοντας το επαναλαμβανόμενο FRB, το οποίο σαφώς απέδωσε», είπε η αστρονόμος Laura Spitler, συνονόματη της έκρηξης του Spitler. /P>

Το τηλεσκόπιο Green Bank όχι μόνο επιβεβαίωσε τα ευρήματα του Arecibo, αλλά παρατήρησε επίσης αρκετές επιπλέον εκρήξεις από τον επαναλήπτη σε ακόμη υψηλότερες συχνότητες. Αυτές οι εκρήξεις έδειξαν επίσης την ίδια τρελή, πολύ στριμμένη περιστροφή Faraday.

Τι τους εξουσιοδοτεί

Η ακραία περιστροφή Faraday είναι ένα σήμα ότι «το επαναλαμβανόμενο FRB βρίσκεται σε ένα πολύ ιδιαίτερο, ακραίο περιβάλλον», είπε ο Kaspi. Απαιτείται πολλή ενέργεια για να παραχθούν και να διατηρηθούν τέτοιες εξαιρετικά μαγνητισμένες συνθήκες. Σε μια υπόθεση που περιγράφεται από τους ερευνητές, η ενέργεια προέρχεται από ένα νεφέλωμα γύρω από το ίδιο το αστέρι νετρονίων. Σε ένα άλλο, προέρχεται από μια τεράστια μαύρη τρύπα.

Στην υπόθεση του νεφελώματος, οι εκλάμψεις από ένα νεογέννητο αστέρι νετρονίων δημιουργούν ένα νεφέλωμα θερμών ηλεκτρονίων και ισχυρών μαγνητικών πεδίων. Αυτά τα μαγνητικά πεδία συστρέφουν τα ραδιοκύματα που προέρχονται από το αστέρι νετρονίων. Στο μοντέλο της μαύρης τρύπας, ένα αστέρι νετρονίων έχει τα ραδιοκύματα του να συστρέφονται από το τεράστιο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από μια κοντινή τεράστια μαύρη τρύπα.

Οι ερευνητές δεν έχουν καταλήξει σε συμφωνία για το τι συμβαίνει εδώ. Ο Kaspi κλίνει προς το μοντέλο της μαύρης τρύπας, αλλά ο Brian Metzger, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Columbia, πιστεύει ότι είναι κάπως επινοημένο. «Στον γαλαξία μας, μόνο ένας από τους δεκάδες μαγνητάρια βρίσκεται τόσο κοντά στην κεντρική μαύρη τρύπα. Τι κάνει αυτούς τους μαγνήτες που αγκαλιάζουν τις μαύρες τρύπες τόσο ξεχωριστούς που κατά προτίμηση θα παράγουν γρήγορες ραδιοφωνικές εκρήξεις; Ήμασταν πραγματικά τυχεροί με το πρώτο καλά προσαρμοσμένο FRB;»

Και η συζήτηση μπορεί να γίνει πιο λασπώδης πριν ξεκαθαρίσει. Ο Chatterjee είπε ότι οι θεωρητικοί είναι βέβαιο ότι σύντομα θα πηδήξουν στο χαρτί και θα αρχίσουν να παράγουν πολλά νέα μοντέλα και δυνατότητες.

Μηχανήματα ριπής

Ο επαναλήπτης Spitler εξακολουθεί να είναι η μόνη πηγή FRB που έχει καρφωθεί σε έναν συγκεκριμένο γαλαξία. Κανείς δεν ξέρει ακριβώς από πού προέρχονται οι άλλες εκρήξεις. Για να πούμε με βεβαιότητα ότι ορισμένες - ή όλες - από αυτές τις ενεργητικές ραδιοφωνικές λάμψεις προέρχονται από περιβάλλοντα με υψηλή μαγνητισμό, οι ερευνητές χρειάζονται περισσότερα δεδομένα. Και τα δεδομένα έρχονται. Το Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), το οποίο δεν είναι ακόμη επίσημα ολοκληρωμένο, έχει ήδη συγκεντρώσει περισσότερα FRB από οποιοδήποτε άλλο τηλεσκόπιο στον κόσμο. Με έναν απολογισμό περίπου 10 FRB μόνο πέρυσι, έχει αποδειχθεί ότι είναι «μια αξιοσημείωτη μηχανή εύρεσης FRB», δήλωσε ο Matthew Bailes, αστροφυσικός στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Swinburne — αν και κανένα από αυτά δεν επαναλαμβάνεται.

Σύντομα ένα άλλο τηλεσκόπιο με εξαιρετικά ασυνήθιστο σχεδιασμό, το CHIME, θα κυκλοφορήσει στο διαδίκτυο στον Καναδά και θα εντοπίσει πολλά περισσότερα FRB - ίσως 10 φορές περισσότερα από το ASKAP. Άλλα τηλεσκόπια επόμενης γενιάς, όπως το Square Kilometer Array (SKA), με πιάτα στη Νότια Αφρική και την Αυστραλία, σίγουρα θα συμβάλουν επίσης. Καθώς καταγράφουμε περισσότερα από αυτά τα φλας, το πιθανότερο είναι ότι κάποια από αυτά θα επαναληφθούν. Μόλις οι επιστήμονες μπορέσουν να ψάξουν μέσα από τέτοια δεδομένα, το φαινόμενο περιστροφής Faraday μπορεί να τους βοηθήσει να καταλάβουν εάν όλα τα FRB τροφοδοτούνται από έναν παρόμοιο μηχανισμό — ή όχι.

Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στο Wired.com.