Rozwiąż dziwną zagadkę szybkich rozbłysków radiowych

Praca ta dowodzi, że nowe teleskopy o unikalnych możliwościach, takie jak ATA, mogą zapewnić nowe spojrzenie na niezwykłe tajemnice nauki FRB.

Zespół naukowców z Instytutu SETI ujawnił nowe spojrzenie na kosmiczną tajemnicę znaną jako szybkie rozbłyski radiowe (FRB). Odkrycie i szczegółowa obserwacja powtórzenia FRB 20220912A, przeprowadzona na teleskopie Allen Telescope Array (ATA) Instytutu SETI, rzuciła światło na naturę tych sygnałów kosmicznych.

FRB to krótkie, intensywne błyski fal radiowych z głębokiego kosmosu. Chociaż większość z nich występuje tylko raz, niektóre „przekaźniki” wysyłają sygnały więcej niż raz, co jeszcze bardziej zaciemnia zrozumienie ich pochodzenia. W ciągu 541 godzin obserwacji badacze wykryli 35 szybkich rozbłysków radiowych ze wzmacniacza FRB 20220912A. Obserwacje wykonane za pomocą ATA obejmowały szeroki zakres częstotliwości radiowych i ujawniły fascynujące wzorce. Wszystkie 35 FRB znajduje się na dole widma częstotliwości, a każdy z nich ma unikalną sygnaturę energetyczną.

Widma dynamiczne (lub wzory „kaskadowe”) wszystkich rozbłysków z FRB 20220912A wykryto za pomocą układu Allen Telescope, profili impulsów uśrednionych częstotliwościowo i widm uśrednionych w czasie.
Obszary zacienione na czerwono na wykresach szeregów czasowych wskazują okres czasu określonych podrozbłysków, z czerwonymi pionowymi liniami wyznaczającymi granice sąsiednich podrozbłysków. Źródło: Instytut SETI

Wnioski z obserwacji Instytutu SETI

„Ta praca jest ekscytująca, ponieważ zapewnia potwierdzenie znanych właściwości FRB i odkrycie kilku nowych” – powiedziała dr Sofia Shaikh z Instytutu SETI, stażystka podoktorska NSF MPS-Ascend i główna autorka. „Zawężamy na przykład źródło szybkich rozbłysków radiowych do obiektów ekstremalnych, takich jak magnetary, ale żaden istniejący model nie jest w stanie wyjaśnić wszystkich zaobserwowanych do tej pory właściwości. Wspaniale było być częścią pierwszego badania FRB przeprowadzonego za pomocą ATA – Praca ta dowodzi, że nowe teleskopy o unikalnych możliwościach, takie jak ATA, mogą zapewnić nowe spojrzenie na niezwykłe tajemnice nauki FRB.

Szczegółowe wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego (MNRAS), wykazuje ciekawe zachowania FRB. Te niejednoznaczne sygnały pokazują przesunięcie częstotliwości w dół, związek między szerokością pasma a częstotliwością środkową oraz zmiany czasu trwania impulsu w czasie. Zespół zauważył również coś, czego nie zgłaszano wcześniej: w ciągu dwóch miesięcy obserwacji nastąpił zauważalny spadek centralnej częstotliwości eksplozji, co ujawniło nieoczekiwany gwizd kosmicznego szybowania.

Dwa parametry zbioru danych FRB 20220912A – częstotliwość środkowa i szerokość pasma – są wykreślane w czasie, w MJD, od początku kampanii do jej końca (okres około 60 dni). Panel a) wskazuje, że częstotliwość centralna FRB zmniejsza się w trakcie kampanii (z resztami z dopasowanych i nieparametrycznych wytycznych LOWESS pokazanych poniżej na niebiesko). Panel b) pokazuje ten sam spadek przepustowości w czasie. Źródło: Instytut SETI

Ponadto badacze wykorzystali te obserwacje do przewidzenia punktu krytycznego dla najjaśniejszego FRB 20220912A, wskazując ich udział w ogólnej szybkości sygnału kosmicznego. W rzeczywistości ten konkretny obiekt był odpowiedzialny za niewielki procent wszystkich potężnych szybkich rozbłysków radiowych na niebie podczas tych obserwacji.

W badaniu przyjrzano się także wzorcom czasowym sekwencji błysków, szukając powtórzeń w obrębie szybkich rozbłysków radiowych i pomiędzy nimi. Nie znaleziono żadnego wyraźnego wzoru podkreślającego nieprzewidywalność tych zjawisk niebieskich.

Rola układu teleskopów Allena

Praca ta pokazuje ważną rolę, jaką odgrywa ATA w odkrywaniu tajemnic szybkich impulsów radiowych. ATA ma wyjątkową zdolność do jednoczesnego nagrywania dużej liczby kanałów częstotliwości, nawet jeśli są one szeroko rozmieszczone – na przykład tam, gdzie niektóre częstotliwości są bardzo wysokie, a inne bardzo niskie. Pozwala to na wyrywkowe kontrole po przybyciu FRB, aby ograniczyć to, co FRB robi jednocześnie przy wysokich i niskich częstotliwościach. Ciągłe aktualizacje obiecują więcej możliwości jednoczesnego obserwowania słabych szybkich rozbłysków radiowych na większej liczbie częstotliwości, dzięki czemu ATA pozostaje liderem w rozwijaniu naszej wiedzy na temat szybkich rozbłysków radiowych.

Allen Telescope Array (ATA) z siedzibą w Hat Creek Radio Astronomy Observatory w Kalifornii, USA. Usługa ATA jest obsługiwana przez Instytut SETI i została zaprojektowana jako dedykowane narzędzie do wyszukiwania sygnatur technologicznych i może stać się potężnym narzędziem do badania stanów przejściowych. Źródło: Joe Marvia

„To ekscytujące widzieć, jak ATA uczestniczy w badaniach nad FRB trzy lata po rozpoczęciu programu modernizacji” – powiedział dr Wael Farah, naukowiec projektu ATA w Instytucie SETI i współautor. „ATA oferuje unikalne możliwości, które są wykorzystywane w licznych przedsięwzięciach badawczych, w tym w szybkich operacjach przejściowych”.

To przełomowe odkrycie stanowi ważny krok naprzód w trwającym dążeniu do odkrycia tajemnic ekstremalnych obiektów we wszechświecie. W miarę jak naukowcy kontynuują eksplorację Wszechświata, każda unikalna cecha, którą odkrywamy, przybliża nas do zrozumienia pochodzenia i natury tych fascynujących sygnałów kosmicznych.

Odniesienie: „Charakterystyka powtarzającego się FRB 20220912A przy użyciu układu teleskopów Allena” autorstwa Sophii Z. Szejk, Wael Farah, Alexander W. Pollack, Andrew B. V., Simeon, Muhammad A. Shamma, Luigi F. Cruz, Roy H. Davisa, Davida R. DeBoer, Vishal Gajjar, Phil Karn, Jamar Keetling, Wenbin Lu, Mark Masters, Pranav Premnath, Sarah Schultz, Carol Shoemaker, Gurmehar Singh i Michael Snodgrass zgodzili się, Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
arXiv:2312.07756