Czteroletnia kampania obserwacyjna pozwoliła na zidentyfikowanie serii szybkich błysków radiowych (Fast radio burst – FRB), która powtarza się w regularnym, przewidywalnym cyklu. Sygnał FRB 121102 powtarza się przez 90 dni, po czym znika na 67 dni.
FRB, czyli szybkie błyski radiowe (Fast radio burst) przejawiają się jako krótkotrwałe impulsy radiowe, trwające średnio kilka milisekund, co znacznie utrudnia badanie tego zjawiska. Mimo że zdarzenia te są bardzo krótkie, to niosą ze sobą potężną ilość energii.
Większość z dotychczas zarejestrowanych FRB miała pochodzenie spoza naszej galaktyki, ale początkiem maja opublikowano badania, w których badacze 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 zarejestrowany w 2007 roku. Od tamtej pory naukowcy skatalogowali ponad 100 FRB, ale tylko dwa z nich regularnie się powtarzają. Wśród nich jest sygnał FRB 121102.
Większość z szybkich błysków radiowych to zdarzenia jednorazowe (zgodnie z obecną wiedzą), po jednym błysku w naszą stronę sygnał zanika. Uczeni uważali, że zaobserwowana kilkukrotnie powtarzalna aktywność jest losowa, aż do początku tego roku, kiedy astronomowie poinformowali o sygnale FRB 180916.J0158 + 65, który powtarza się w regularnym 16-dniowym cyklu aktywności. Jest emitowany około raz na godzinę przez cztery dni, a następnie nagle zanika na 12 dni. Potem wszystko się powtarza (więcej na ten temat w tekście: Odkryto pierwszy regularnie powtarzający się sygnał FRB).
Teraz astronomowie korzystający z Teleskopu Lowella w Obserwatorium Jodrell Bank w Anglii poinformowali o kolejnym regularnie powtarzającym się sygnale FRB. Sygnał FRB 121102 powtarza się przez 90 dni, po czym znika na 67 dni, a potem cały ten 157 dniowy cykl zaczyna się od nowa.
Sygnał FRB 121102 pierwszy raz został zarejestrowany w 2012 roku. Jest najbardziej aktywnym jak dotąd odkrytym FRB. Badacze wcześniej nie mogli doszukać się w nim żadnego wzorca, dopiero analiza długookresowych obserwacji ujawniła cykliczność sygnału.
Naukowcy nie wiedzą, co stoi za FRB. Powstało kilka hipotez dotyczących tajemniczych sygnałów. Mogą one pochodzić od szybko obracającej się gwiazdy neutronowej. Była też koncepcja, która mówiła, że ich źródłem są kosmiczne kataklizmy, takie jak wybuchy supernowych, albo zapadanie się gwiazd neutronowych do czarnych dziur. Jednak to wymagałoby zniszczenia źródła i sygnały nie miałyby cyklicznego wzorca.
Inna teza wskazuje na teoretyczne obiekty astronomiczne zwane blitzarami. To odmiana gwiazdy neutronowej, której masa jest na tyle duża, by zapaść się w czarną dziurę, ale zapobiega temu siła odśrodkowa pochodząca z dużej prędkości wirowania gwiazdy. Kolejna koncepcja skupia się na tzw. kontaktowych układach podwójnych, czyli krążących bardzo blisko siebie dwóch gwiazdach.
Jest też teza, że za FRB stoją magnetary - gwiazdy neutronowe o bardzo silnym polu magnetycznym. Oczywiście są i tacy, którzy wierzą, że to sygnał emitowany przez obce cywilizacje. Mimo że coraz więcej wiemy na temat FRB, ich natura pozostaje tajemnicą.
Odkrycie drugiego powtarzającego się FRB stanowi wskazówkę pozwalającą wykluczyć niektóre z proponowanych źródeł tych enigmatycznych sygnałów. Obecność regularnej sekwencji w aktywności FRB może oznaczać, że potężne wyrzuty energii są powiązane z ruchem orbitalnym masywnej gwiazdy, gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury.
- To ekscytujący obserwacje, ponieważ jest to jak do tej pory drugi sygnał, w którym widzimy taką modulację aktywności. Wykrywanie okresowości stanowi ważne ograniczenie dla pochodzenie FRB – powiedział dr Kaustubh Rajwade z Uniwersytetu w Manchesterze, który kierował badaniami opublikowanymi w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.
Nie jest jasne, co kryje się za taką cykliczną aktywnością, ale naukowcy mają kilka pomysłów. Być może okresowe błyski mogą być spowodowane przez wahanie w osi obrotu silnie namagnesowanej gwiazdy neutronowej, czyli magnetara. Mogą być też powiązane z ruchami orbitalnymi gwiazdy neutronowej w układzie podwójnym.
- To ekscytujące odkrycie podkreśla, jak mało wiemy o pochodzeniu FRB - powiedział Duncan Lorimer, współautor publikacji. - Konieczne będą dalsze obserwacje większej liczby FRB, aby uzyskać wyraźniejszy obraz tych okresowych źródeł i wyjaśnić ich pochodzenie – dodał.
Sygnał pochodzący z Drogi Mlecznej, który zarejestrowano pod koniec kwietnia tego roku, został najprawdopodobniej wyemitowany przez magnetar o nazwie SGR 1935 + 2154 znajdujący się w odległości zaledwie 30 000 lat świetlnych od nas.
Magentary to szczególny typ gwiazd neutronowych. To niezwykle gęste pozostałości po masywnych gwiazdach, o masach kilkadziesiąt razy większych od masy naszego Słońca, które dokonały żywota w eksplozji supernowej. Ale magnetary mają znacznie silniejsze pola magnetyczne niż zwykłe gwiazdy neutronowe - około 1000 razy silniejsze.
Proces powstawania magentarów jest słabo poznany. Wiadomo, że regularnie emitują promieniowanie rentgenowskie oraz promieniowanie gamma. Ale zazwyczaj gwiazdy o takiej masie zapadają się w czarne dziury i nie powstają z nich gwiazdy neutronowe.
Odkrycie emisji z kwietnia sugeruje, że magnetary są źródłem szybkich wybuchów radiowych. Ale istnieje duża różnorodność szybkich impulsów radiowych i uczeni wskazują, że może istniej wiele mechanizmów powstania FRB, których obecnie nie jesteśmy w stanie wykryć, a rozbłysk magnetarowy może być jednym z nich.
Możliwe jest również, że nie jesteśmy w stanie wykryć całej aktywności z każdego źródła FRB. Być może wszystkie FRB powtarzają się, ale z różną siłą, a przy słabszych seriach, poniżej naszego progu wykrywania, zwyczajnie ich nie dostrzegamy.
Źródło: University of Manchester, fot. Kristi Mickaliger
