20 maja 2019 roku mieszczący się w Chinach teleskop Five hundred meter Aperture Spherical Telescope (FAST) odebrał sygnał FRB (szybki błysk radiowy – fast radio burst), pochodzący z obrzeży galaktyki karłowatej, oddalonej od nas o prawie trzy miliardy lat świetlnych. Dalsze obserwacje wykazały, że w przeciwieństwie do wielu innych FRB, ten ostatni, nazwany FRB 190520, emituje częste, powtarzające się impulsy fal radiowych. Ale dane pokazały coś jeszcze. FRB 190520 towarzyszy także słabsza, ale stała emisja radiowa między głównymi rozbłyskami.
Sygnał FRB jest krótkim impulsem radiowym, trwającym od ułamka milisekundy do kilku milisekund, spowodowanym przez jakiś tajemniczy, wysokoenergetyczny proces, który jeszcze nie został zidentyfikowany. Astronomowie szacują, że typowy FRB uwalnia w ciągu milisekundy (jedna tysięczna sekundy) tyle energii, ile Słońce emituje w ciągu trzech dni. Krótki czas trwania FRB znacznie utrudnia badanie tego zjawiska.
Większość z dotychczas zarejestrowanych FRB miała pochodzenie spoza naszej galaktyki, ale początkiem maja 2020 roku opublikowano badania, w których uczeni opisali szybki błysk radiowy wydający się pochodzić z Drogi Mlecznej (więcej na ten temat w tekście: Odkryto pierwszy sygnał FRB pochodzący z naszej galaktyki).
Pierwszy FRB został odkryty w 2007 roku przez Duncana Lorimera i Davida Narkevica. Od tego czasu wykryto wiele innych FRB, pochodzących niemal ze wszystkich kierunków na niebie, ale dotychczas tylko dwa z nich regularnie się powtarzały. Pierwszy zostało odkryty początkiem 2020 roku. Został oznaczony jako FRB 180916 i powtarza się w 16 dniowym cyklu (więcej na ten temat w tekście: Odkryto pierwszy regularnie powtarzający się sygnał FRB). Na kolejny regularnie powtarzający się sygnał FRB, oznaczony FRB 121102, natrafiono także 2020 roku. Tym razem sygnał jest inny, powtarza się przez 90 dni, po czym znika na 67 dni (więcej na ten temat w tekście: Kolejny regularnie powtarzający się sygnał z kosmosu. FRB powraca co 157 dni).
Teraz badacze zarejestrowali trzeci powtarzający się sygnał. Został on oznaczony jako FRB 190520 i zarejestrowano go 20 maja 2019 roku. Astronomowie znaleźli go w danych z teleskopu FAST kilka miesięcy później. Opis badań, w których zidentyfikowano FRB 190520, ukazał się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-022-04755-5).
Odkrycie bardzo aktywnego, powtarzającego się FRB ze źródłem słabszej, ale stałej emisji radiowej między głównymi rozbłyskami, stawia nowe pytania o naturę źródeł tych tajemniczych sygnałów. Jak dotąd badacze nie wiedzą, co je powoduje. Najbardziej prawdopodobnym źródłem, być może jednym z wielu, są magnetary. Dlaczego? Ponieważ, żeby wyemitować FRB trzeba mieć potężny zasób energii, a pola magnetyczne magnetarów są jednymi z niewielu znanych nam tego typu źródeł.
Sygnał znaleziono w danych z 2019 roku z teleskopu FAST. Obserwacje za pomocą teleskopu Very Large Array w 2020 r. wskazały położenie obiektu, co pozwoliło obserwacjom w świetle widzialnym za pomocą teleskopu Subaru na Hawajach wykazać, że znajduje się on na obrzeżach galaktyki karłowatej, znajdującej się prawie 3 miliardy lat świetlnych od Ziemi. Obserwacje wykazały również, że obiekt stale emituje słabsze fale radiowe między głównymi, powtarzającymi się seriami potężnych rozbłysków.
Z dotychczasowych obserwacji nieba wynika, że mogą istnieć dwa różne rodzaje FRB. - Czy te, które się powtarzają, różnią się od tych, które się nie powtarzają? A co ze stałą emisją radiową — czy to powszechne? - pyta Ksitij Aggarwal z Uniwersytetu Zachodniej Wirginii.
Astronomowie sugerują, że mogą istnieć albo dwa różne mechanizmy wytwarzające FRB, albo dwa różne obiekty, które je wytwarzają - ewentualnie obiekt może być ten sam, ale może zachowywać się inaczej na różnych etapach ewolucji. Wiodącymi kandydatami na źródła FRB są wspomniane wcześniej magnetary, które są rodzajem gwiazdy neutronowej – zapadniętym, bardzo gęstym jądrem masywnej gwiazdy po dokonaniu żywota i przejściu supernowej – ale posiadają również niezwykle silne pole magnetyczne. Możliwe, że normalne gwiazdy neutronowe i magnetary emitują FRB na różne sposoby.
Analizy sygnału pozwoliły ustalić, gdzie się znajduje jego źródło, ale dzięki nim astronomowie zyskali pewne wskazówki dotyczące przestrzeni je otaczającej.
Astronomowie często analizują wpływ materii leżącej na drodze fal radiowych emitowanych przez odległe obiekty, aby dowiedzieć się czegoś o samej materii. Jeden z takich efektów występuje, gdy fale radiowe przechodzą przez przestrzeń zawierającą wolne elektrony. W takim przypadku fale o wyższej częstotliwości przemieszczają się szybciej niż fale o niższej częstotliwości.
Efekt ten można wykorzystać w celu określenia gęstości elektronów w przestrzeni między obiektem a Ziemią lub, jeśli gęstość elektronów jest znana lub założona, zapewnić przybliżone oszacowanie odległości od obiektu. Metoda ta jest często używana do oszacowania odległości do pulsarów. Jednak w przypadku FRB 190520 nie zadziałała. Wykazała, że źródło znajduje się od około 8 do 9,5 miliarda lat świetlnych od nas, tymczasem niezależny pomiar odległości oparty na przesunięciu Dopplerowskim umieścił galaktykę w odległości prawie 3 miliardów lat świetlnych od Ziemi.
Według badaczy, oznacza to, że w pobliżu FRB 190520 znajduje się dużo materii. Z tego też powodu uczeni spekulują, że źródło FRB 190520 może być „noworodkiem”, wciąż otoczonym gęstą materią wyrzuconą przez eksplozję supernowej, która utworzyła gwiazdę neutronową. Tutaj autorzy badań stawiają hipotezę, że powtarzające się sygnały mogą być charakterystyczne dla sygnałów FRB pochodzących z młodych obiektów. To może zmieniać się wraz z ich wiekiem i powtarzalność może zanikać.
Źródło: National Radio Astronomy Observatory, fot. Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
