Misteriozni brzi radijski izboji, ili milisekunde dugi svijetli bljeskovi radiovalova iz svemira, intrigirali su astronome od prvog otkrivanja fenomena 2007. godine. Zagonetni signali, poznati kao FRB, oslobađaju toliko energije za manje od treptaja oka kao što sunce emitira u jednom danu, piše CNN.
Istraživači još uvijek pokušavaju razotkriti šta su nebeski pulsevi, kao i kako i gdje nastaju. Specijalizirani teleskopi omogućili su astronomima da prate radijske praske unutar galaksije Mliječni put, kao i do 8 milijardi svjetlosnih godina od nje.
Sada četiri nove studije daju odgovore o tome odakle nastaju brzi radijski izboji, što bi moglo rasvijetliti šta ih uzrokuje - ali lokacije za dva nedavno opisana radijska izboja užasno su različite.
Čini se da je jedan od brzih radio talasa došao iz haotičnog, magnetski aktivnog okoliša u blizini vrste guste neutronske zvijezde koja se naziva magnetar. U međuvremenu, drugi brzi radijski prasak, koji su naučnici promatrali kako pulsira tokom nekoliko mjeseci, došao je s periferije daleke mrtve galaksije gladne zvijezda.
Istraživači su upotrijebili brzi stroj za traženje radio talasa nazvan CHIME, ili kanadski radioteleskop za eksperiment mapiranja intenziteta vodika, kako bi otkrili oba praska. Instrument je omogućio otkrivanje hiljada FRB-ova od 2020. godina.
Različita podrijetla signala sugeriraju da pulsevi mogu biti različitih okusa i nastati na različite načine.
"Ovo je korak bliže razotkrivanju dubokog kozmičkog misterija", rekao je Ryan Mckinven, autor sve četiri studije, u izjavi, piše CNN. “FRB-ovi su sveprisutni, ali njihova prava priroda ostaje uglavnom nepoznata. Svako naše otkriće o njihovom podrijetlu otvara novi prozor u dinamiku svemira.”
Dok naučnici otkrivaju više detalja o različitim porijeklima brzih radio-rafala, bliže su razumijevanju šta uopće proizvodi pulseve.
'Blještava' priča o porijeklu
Izdajnički brzi bljesak brzog radijskog praska nazvanog FRB 20221022A zaokupio je pozornost međunarodnog tima istraživača 2022. kada ga je CHIME prvi put otkrio. Radioteleskop, sastavljen od četiri velika prijemnika u obliku polucijevi, nalazi se u blizini Pentictona, Britanska Kolumbija.
Rafal je trajao samo 2,5 milisekunde i imao je istu svjetlinu kao i drugi brzi radijski rafali. Ali bilo je značajno jer je svjetlost koju je oslobodio prasak bila visoko polarizirana, što znači da se radiovalovi uglavnom kreću duž specifične putanje - u ovom slučaju, putujući na način koji nalikuje glatkoj krivulji u obliku slova S.
Uzorak emisije radio valova sugerirao je da se mjesto koje je emitiralo prasak rotiralo i podsjetilo istraživački tim na magnetare, ili visoko magnetizirane rotirajuće neutronske zvijezde koje oslobađaju radio valove.
Naučnici već dugo teoretiziraju neutronske zvijezde, ultraguste ostatke jezgre koji su zaostali nakon eksplozije masivnih zvijezda, kao izvore brzih radio eksplozija.
Kada je tim pratio radiovalove, otkrio je da je eksplozija nastala iz galaksije udaljene oko 200 miliona svjetlosnih godina. Tim je podijelio rezultate studije u izvještaju objavljenom 1. januara u časopisu Nature.
Ali astronomi su htjeli napraviti korak dalje utvrđujući točnu lokaciju radijskog signala unutar galaksije. Nalazi, objavljeni u istom broju časopisa Nature , pružaju dodatnu potporu da je neutronska zvijezda stvorila brzi radio prasak.
U pokušaju da objasne kako nastaju FRB, naučnici imaju dvije konkurentne teorije.
"Popularni modeli porijekla neutronske zvijezde mogu se učinkovito podijeliti u dva tabora: jedan gdje se signal formira unutar magnetskog okruženja zvijezde, a drugi gdje se to događa mnogo dalje, potaknut udarom koji pokreće zvijezda", rekao je Mckinven, glavni autor studija koja je pratila FRB 20221022A do galaksije i koautor popratne studije.
Doktorski je istraživač na odjelu za fiziku na Univerzitetu McGill u Montrealu.
Kako bi odredili koji se scenarij odnosi na FRB 20221022A, tim je tražio svjetlucanje ili efekt svjetlucanja koji nastaje kada se svjetlost malog, svijetlog objekta, poput zvijezde, filtrira kroz međuzvjezdani medij galaksije ili plin. Što je objekt manji ili udaljeniji, to više svjetluca, rekla je dr. Kenzie Nimmo, glavna autorica popratne studije i Kavli postdoktorandica na Massachusetts Institute of Technology.
"Otkrili smo da ovaj FRB pokazuje 'svjetlucanje', slično onome kako se čini da zvijezde svjetlucaju na noćnom nebu", rekao je Nimmo.
"Promatranje ove scintilacije ukazuje na to da je regija u kojoj je FRB nastao mora biti nevjerovatno mala."
Uzorak svjetlucanja praska sugerirao je da je nastao blizu svog izvora, a ne većeg, udaljenijeg područja koje bi pripadalo udarnom valu.
Nimmov tim tačno je odredio eksploziju odgovornu za prasak u magnetosferi, magnetski aktivnom području udaljenom oko 10.000 kilometara od rotirajuće neutronske zvijezde. To je manje od udaljenosti između New Yorka i Singapura, rekli su istraživači.
Zumiranje ovog malog područja oko zvijezde udaljene 200 miliona svjetlosnih godina je "kao da možete izmjeriti širinu DNK spirale, koja je široka oko 2 nanometra, na površini Mjeseca", rekao je Kiyoshi Masui, saradnik profesor fizike na MIT-u, u izjavi. Masui je bio koautor obje studije prirode.
"FRB je morao doći iz intenzivnog magnetskog okruženja koje okružuje neutronsku zvijezdu, jednog od najekstremnijih okruženja u svemiru", rekao je Nimmo.
Ovo je otkriće prvi put da su astronomi utvrdili da se FRB-ovi mogu generirati u neposrednoj blizini neutronske zvijezde — nebeskog objekta s najjačim poznatim magnetskim poljem. Istraživači još uvijek pokušavaju otkriti kako je prasak eksplodirao daleko od magnetskog polja zvijezde, koje je ispunjeno gustom plazmom ili visoko nabijenim plinom.
"Oko ovih visoko magnetskih neutronskih zvijezda, također poznatih kao magnetari, atomi ne mogu postojati - samo bi ih magnetska polja rastrgala", rekao je Masui. "Ovdje je uzbudljivo to što smo otkrili da se energija pohranjena u tim magnetskim poljima, blizu izvora, uvija i rekonfigurira tako da se može osloboditi kao radio valovi koje možemo vidjeti na pola puta preko svemira."
Mjerenje i analiza svjetlucanja FRB-ova u budućnosti mogla bi biti metoda koju će astronomi koristiti za bolje razumijevanje FRB-ova, rekao je Nimmo.
Bing Zhang, ugledni profesor na odjelu fizike i astronomije na Univerzitetu Nevada u Las Vegasu, godinama je radio na istraživanju koje modelira ishodišne tačke brzih radijskih pražnjenja i vidio je mnoge opažajne tragove koji sugeriraju da bi magnetosfere mogle biti osnovni uzrok. Zhang nije bio uključen ni u jednu od novih studija.
“Međutim, rezultati scintilacije koje su predstavili Nimmo et al. dao je izravno ograničenje na ljestvici područja emisije… predstavljajući vrlo uvjerljive dokaze da FRB emisija dolazi iz magnetosfere magnetara,” rekao je Zhang.
Wen-fai Fong, članica kolaboracije CHIME koja nije bila uključena u dvije studije Naturea, rekla je kako vjeruje da istraživanje pruža "najsnažniji dokaz promatranja do sada koji pokazuje da emisija FRB-a potječe blizu površine neutronske zvijezde."
"Međutim, naučili smo iz toga da nas svemir voli iznenaditi", rekao je Fong, izvanredni profesor fizike i astronomije na Weinberg College of Arts and Sciences Univerziteta Northwestern. "Pronašli smo veliku raznolikost u populaciji i moguće je da je svaka vlastita (jedinstvena) pahulja."
A ta višestrukost je upravo ono što su Fong i njezini saradnici otkrili dok su proučavali još jedan brzi radijski prasak.
Znakovi života iz drevne galaksije
Tim astronoma iz kolaboracije CHIME, uključujući autore dviju studija Nature, bio je iznenađen kada je novi radio izboj, označen kao FRB 20240209A, planuo u februaru 2024. i nastavio proizvoditi 21 dodatni impuls do jula. Prasak je predmet dviju komplementarnih studija objavljenih u utorak u The Astrophysical Journal Letters.
Šest od tih impulsa detektirano je teleskopom na vanjskom nosaču udaljenom 66 kilometara od CHIME-a. Outriggers su manje verzije CHIME-a koje mogu pomoći astronomima da se precizno usmjere na jednu određenu lokaciju gdje FRB nastaje na noćnom nebu.
Tim je pratio ponavljajući brzi radijski prasak do ruba 11,3 milijarde godina stare galaksije 2 milijarde svjetlosnih godina od Zemlje. Zatim su istraživači koristili teleskope u zvjezdarnicama WM Keck i Gemini na Havajima kako bi otkrili više detalja o drevnoj, mrtvoj galaksiji u kojoj se ne stvaraju nove zvijezde.
"Čini se da je to dosad najmasivnija galaksija domaćin FRB-a", rekao je Tarraneh Eftekhari, glavni autor jedne od studija i NASA-in Einsteinov saradnik pri Centru za interdisciplinarno istraživanje i istraživanje u astrofizici Univerziteta Northwestern, ili CIERA.
"To je jedna od najmasivnijih galaksija."
Ali praćenje FRB 20240209A nazad do njegovog izvora pokazalo je da je eksplozija nastala s ruba galaksije gdje jedva da postoje zvijezde, oko 130.000 svjetlosnih godina od galaktičkog središta.
"Među FRB populacijom, ovaj FRB nalazi se najudaljeniji od središta galaksije domaćina", rekao je Vishwangi Shah, vodeći autor komplementarne studije i doktorand fizike na Univerzitetu McGill, u izjavi. “Ovo je i iznenađujuće i uzbudljivo, budući da se očekuje da FRB nastaju unutar galaksija, često u regijama u kojima nastaju zvijezde. Lokacija ovog FRB-a tako daleko izvan njegove galaksije domaćina postavlja pitanja kako se takvi energetski događaji mogu dogoditi u regijama gdje se ne formiraju nove zvijezde.”
Prije ovog otkrića naučnici su pratili samo jedan FRB do ruba galaksije. Opisani u februaru 2022. godine , brzi radijski prasak pronađen je unutar klastera zvijezda, nazvanog globularni klaster, na periferiji galaksije Messier 81, koja se nalazi 12 miliona svjetlosnih godina od Zemlje.
Fong, koja je također članica CIERA-e, rekla je kako vjeruje da bi FRB 20240209A mogao biti blizanac tog događaja, prisiljavajući astronome da preispitaju gdje i koliko brzo nastaju radijski praskovi.
Gotovo 100 eksploziva zabilježeno je unatrag do galaksija, a većinu su vjerovatno uzrokovali magnetari, prema autorima studije. Magnetari se obično formiraju kada gigantske zvijezde eksplodiraju u supernovi s "kolapsom jezgre" ili kada gravitacija potakne zvijezdu da se kolabira sama na sebe.
Ali FRB 20240209A možda dolazi iz gustog klastera zvijezda, gdje je moguće da bi magnetari mogli nastati zbog spajanja dviju neutronskih zvijezda ili mrtve zvijezde bijelog patuljka koja se uruši sama u sebe, rekli su istraživači.
Tim predvođen Shahom podnio je prijedlog za korištenje svemirskog teleskopa James Webb za naknadna promatranja kako bi se vidjelo postoji li skup zvijezda blizu mjesta gdje je FRB nastao.
"Ovo otkriće nam govori da možda ne dolaze svi FRB-ovi od mladih zvijezda i da možda postoji više načina na koje se ti signali proizvode", rekao je Eftekhari.
"Možda postoji subpopulacija ovih događaja koji dolaze iz starijih sustava."
Rješavanje jedne od najvećih misterija svemira
Razumijevanje da brzi radijski izboji mogu imati različito porijeklo samo je vrh ledenog brijega koji bi mogao pomoći astronomima da razumiju više o onome što smatraju jednim od najtajanstvenijih fenomena u svemiru.
"Jasno je da još uvijek postoji mnogo uzbudljivog prostora za otkrivanje kada je riječ o FRB-ovima i da njihova okruženja mogu držati ključ za otključavanje njihovih tajni", rekao je Eftekhari.
Nadogradnje tehnologije detekcije FRB-a i dodavanje teleskopa s vanjskim nosačima omogućit će detekciju i praćenje još više eksplozija u budućnosti, što bi potencijalno moglo otkriti obrasce i pomoći u određivanju pojavljuju li se ponavljajući bljeskovi u određenim vrstama galaksija, rekao je Eftekhari.
Novo istraživanje baca više svjetla na ono što uzrokuje brze radio izljeve i gdje se oni javljaju, rekao je Zhang.
“Pitanje 'kako' je teže i potrebno je puno više rada teoretičara da se njime pozabave,” rekao je.