Intensywne poszukiwania rozwiązania zagadki szybkich błysków radiowych

Nieco ponad dekadę temu, dwóch astronomów odkryło tajemnicze błyski promieniowania radiowego, które zdawały się pojawiać na całym niebie, często świecąc jaśniej niż wszystkie gwiazdy w galaktyce. Od tego czasu badanie tych szybkich błysków radiowych (FRB, ang. fast radio bursts) bardzo się rozwijają i choć wciąż nie wiemy dokładnie czym są i co je emituje, naukowcy stopniowo zbliżają się do pierwszych odpowiedzi.

FRB po reaz pierwszy zarejestrowane w 2007 roku przez Duncana Lorimera i Davida Narkevica. Pracując w Obserwatorium Parkes w Australii, astronomowie ze zdziwieniem obserwowali niesamowicie jasny błysk promieniowania radiowego pochodzące z przestrzeni kosmicznej. To osobliwe zjawisko nazwano błyskiem Lorimera.

Od tego czasu ogłoszono już około 100 odkryć FRB. Udało nam się przypisać źródło części z nich do innych galaktyk – żaden z nich nie pochodzi z wnętrza Drogi Mlecznej – inne obserwowaliśmy w czasie rzeczywistym, a nawet udało nam się dostrzec FRB, które się powtarzały. Pomimo licznych obserwacji i mnóstwa danych, wciąż nie wiemy czym one faktycznie są.

“W astrofizyce rzadko się zdarza, że obserwujemy jakieś nowe zjawisko i nie wiemy czym ono jest” mówi dr Jason Hessels z Uniwersytetu w Amsterdamie.

Dr Hessels koordynował projekt o nazwie DRAGNET, który prowadzony był od 2014 do 2018 roku, a którego celem było prowadzenie obserwacji i badanie kolejnych FRB. W ramach projektu wykorzystywano teleskopy na całym świecie, w tym teleskop Low-Frequency Array, LOFAR w Holandii – do poszukiwania egzotycznych gwiazd i FRB. W tym czasie gdy powstał projekt w 2012 roku, naukowcy nawet ie byli pewni czy FRB są prawdziwe.

Mimo to, w 2015 roku w ramach projektu dokonano przełomu. Odkryto, że znany już FRB w innej galaktyce – FRB 121102 – powtarza się. To odkrycie pozwoliło astronomom określić skąd pochodzi FRB – z odległej galaktyki karłowatej 3 miliardy lat świetlnych od Ziemi. Od tego czasu udało się odkryć jeszcze jeden powtarzalny FRB, ale do tego czasu wszystkie błyski były pojedyncze.

“To prawdziwa skrzynia ze skarbami” mówi dr Hessels, odnosząc się do FRB 121102. “To samo źródło błyskało już kilkaset razy”.

Każdy błysk trwa zaledwie około milisekundy, ale emituje więcej energii niż 500 milionów słońca. Dzięki temu FRB 121102 jest wyraźnie zauważalny na tle swojej galaktyki, szczególnie takiej ciemnej jak ta. Nawet w tak dużej odległości i mimo tego, że został wyemitowano zanim na Ziemi pojawiło się życie wielokomórkowe, błyski są wystarczająco jasne, że możemy je mierzyć dzisiaj.

Gdy po raz pierwszy zarejestrowano FRB, uważano, że mogą za nimi stać kataklizmiczne zdarzenia takie jak łączenie się czarnych dziur czy gwiazd neutronowych. Fakt, że niektóre FRB się powtarzają wskazuje, że może być inaczej.

Naszym najlepszym wyjaśnieniem jak dotąd są magnetary, gwiazdy neutronowe o niewiarygodnie silnym polu magnetycznym. Uważa się, że te gwiazdy mają wystarczająco dużo energii, aby emitować jasne błyski związane z FRB gdy doświadczają “trzęsień gwiazdy”, w których fale magnetyczne przebiegają przez skorupę gwiazdy uwalniając potężne ilości energii).

“Ta uwolniona energia może uderzać w materię otaczającą magnetar, a to może powodować falę uderzeniową i przyspieszać cząstki, które emitują fale radiowe i obserwowane teraz błyski radiowe” mówi dr Hessels.

Aby uszczegółowić odpowiedzi na te pytania, w ramach trwającego projektu MeerTRAP naukowcy starają się znaleźć więcej FRB, które mogą nas przybliżyć do pełnej wiedzy. W ramach projektu wykorzystuje się sieć radioteleskopów MeerKAT w RPA do poszukiwania impulsów radiowych z przestrzeni kosmicznej. W trakcie standardowych obserwacji astronomicznych realizowanych za pomocą sieci, zespół MeerTRAP także analizuje zbierane dane – około 10 GB danych na sekundę – szukając w nich błysków FRB.

“Po prostu analizujemy dane na temat miejsc, w które akurat patrzy teleskop” mówi dr Benjamin Stappers z Uniwersytetu w Manchesterze. “Nie ma znaczenia w którą stronę zwrócony jest teleskop, ponieważ błyski powinny pojawiać się na całym niebie”.

W ramach projektu nie rozpoczęto jeszcze poszukiwań FRB, ale plan zakłada rozpoczęcie prac w lipcu 2019 roku. Zespół MeerTRAP ma nadzieję odkrywać między dwoma a pięcioma FRB tygodniowo.

Wszystkie te dane powinny pozwolić nam lepiej zrozumieć pochodzenie FRB. “Musimy przede wszystkim zrozumieć w jakiej części galaktyki dochodzi do ich emisji, oraz w jakiego rodzaju galaktykach się one pojawiają” dodaje dr Stappers.

Astronomowie chcieliby także dowiedzieć się jak wiele typów FRB istnieje. Jak na razie wiemy, że część z nich się powtarza, a część nie, jednak na razie nie wiemy jak wiele z nich się powtarza. Może być tak, że oba te typy powstają w inny sposób, zatem odkrycie większej ich liczby pozwoli nam odpowiedzieć na to pytanie.

W ramach projektu MeerTRAP badacze będą także poszukiwali szybko rotujących gwiazd neutronowych, tak zwanych pulsarów, aby przetestować na nich obecne teorie grawitacji. Gdybyśmy odkryli pulsara krążącego po orbicie wokół innej gwiazdy czy czarnej dziury, zmiana w jego tempie rotacji pozwoliłaby nam dowiedzieć się więcej o grawitacji w tak ekstremalnym środowisku.

To jednak FRB przyciągają obecnie najwięcej uwagi. “To pole badań naprawdę gwałtownie się rozwija” mówi dr Hessels i dodaje, że możemy odkryć ponad 1000 błysków przed końcem roku. “Prawdopodobnie w ciągu kilku najbliższych lat będziemy wiedzieli już całkiem sporo o ich źródle”.

Źródło: Horizon Magazine

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.