Astronomowie zarejestrowali sygnał radiowy z odległej galaktyki, który wydaje się emitować powtarzające się impulsy fal radiowych z zaskakującą regularnością. Sygnał został sklasyfikowany jako szybki impuls radiowy (FRB) — intensywny impuls fal radiowych o nieznanym astrofizycznym pochodzeniu, który zwykle trwa najwyżej kilka milisekund. Jednak nowo odkryty sygnał ma czas trwania do trzech sekund, to około 1000 razy dłużej niż przeciętny FRB i powtarza się w wyraźnym, okresowym wzorze, podobnym do bijącego serca.
Wykryty niedawno FRB po raz kolejny rzuca wyzwanie naszemu zrozumieniu tych tajemniczych zjawisk. Sygnały FRB są krótkimi impulsami radiowym, trwającym od ułamka milisekundy do kilku milisekund. Są wytwarzane 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.
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. W 2020 roku wykryto pierwszy sygnał, który regularnie się powtarza. 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. Powtarza się on 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). W czerwcu tego roku poinformowano o odkryciu z 2019 roku, w którym chińscy astronomowie natrafili również na powtarzający sygnał nazwany FRB 190520. Ale dane pokazały coś jeszcze. FRB 190520 towarzyszy także słabsza, ale stała emisja radiowa między głównymi rozbłyskami (więcej na ten temat w tekście: Kolejny powtarzający się sygnał FRB z odległej galaktyki. Towarzyszy mu słaba, ale ciągła emisja radiowa).
Krótki czas trwania FRB znacznie utrudnia badanie tego zjawiska, ale nowo odkryty sygnał jest inny. FRB 20191221A, który zarejestrowano w 2019 roku, jest obecnie najdłużej trwającym tego typu sygnałem, z najwyraźniejszym do tej pory wykrytym wzorcem okresowym.
Opis odkrycia ukazał się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-022-04841-8).
Źródło sygnału znajduje się w odległej galaktyce, kilka miliardów lat świetlnych od Ziemi. Czym może być to źródło, pozostaje tajemnicą, chociaż astronomowie podejrzewają, że sygnał może pochodzić z pulsara lub magnetara. To niezwykle gęste i szybko wirujące gwiazdy neutronowe o niezwykle silnych polach magnetycznych. Powstają po wybuchach supernowych.
- Nie ma zbyt wielu rzeczy we Wszechświecie, które mogłyby emitować okresowe sygnały – mówi Daniele Michilli z MIT. - Przykładami, które znamy z naszej własnej galaktyki, są pulsary i magnetary, które szybko rotują i emitują wiązkę promieniowania elektromagnetycznego podobną do latarni morskiej. Uważamy, że ten nowy sygnał może pochodzić z magnetara lub pulsara „na sterydach” - dodaje.
Zespół ma nadzieję wykryć więcej powtarzających się sygnałów z tego źródła, które będzie można wykorzystać jako zegar astrofizyczny. Na przykład częstotliwość impulsów i sposób, w jaki zmieniają się one w miarę oddalania się źródła od Ziemi, można wykorzystać do pomiaru tempa rozszerzania się Wszechświata.
Nowy sygnał został odkryty przy pomocy radioteleskopu CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment). CHIME nieprzerwanie obserwuje niebo i ma za zadanie wychwytywać fale radiowe emitowane przez wodór w najwcześniejszych stadiach istnienia Wszechświata. Teleskop jest również wrażliwy na szybkie błyski radiowe, a odkąd zaczął obserwować niebo w 2018 roku, wykrył setki FRB pochodzących z różnych części nieba.
W nowo odkrytej trzysekundowej emisji, co 0,2 sekundy pojawiają się impulsy promieniowania o większej intensywności – coś, czego nigdy wcześniej nie widziano w szybkim impulsie radiowym.
21 grudnia 2019 r. CHIME odebrał sygnał potencjalnego FRB, co natychmiast zwróciło uwagę naukowców. - To było niezwykłe. Nie tylko był to bardzo długi sygnał, trwający około trzech sekund, ale zdarzały się w nim okresowe piki, które były niezwykle precyzyjne, emitowane co ułamek sekundy, jak bicie serca. Po raz pierwszy sam sygnał jest okresowy – wspomina Michilli.
Analizując wzór impulsów radiowych FRB 20191221A, Michilli i jego koledzy odkryli podobieństwa do emisji z pulsarów i magnetarów w naszej własnej galaktyce. Pulsary emitują wiązki fal radiowych, które, jak wskazuje na to nazwa tych obiektów, wydają się pulsować, gdy gwiazda się obraca. Podobna emisja jest wytwarzana przez magnetary.
Główną różnicą między nowym sygnałem a emisją radiową z pulsarów i magnetarów znajdujących się w naszej galaktyce jest to, że FRB 20191221A wydaje się być ponad milion razy jaśniejszy. Michilli sugeruje, że emisje mogą pochodzić z odległego pulsara lub magnetara, który normalnie nie jest tak jasny, ale z jakiegoś nieznanego powodu wyemitował ciąg jasnych, silnych impulsów radiowych trwających trzy sekundy, a radioteleskopowi CHIME szczęśliwie udało się to uchwycić.
- CHIME wykrył wiele FRB o różnych właściwościach. Widzieliśmy niektóre bardzo turbulentne, podczas gdy inne wyglądają, jakby znajdowały się w czystym środowisku. Na podstawie właściwości tego nowego sygnału możemy powiedzieć, że wokół tego źródła znajduje się chmura plazmy, która musi być wyjątkowo turbulentna – mówi Michilli.
Astronomowie mają nadzieję na uchwycenie dodatkowych impulsów z tego źródła, co może pomóc w lepszym jego zrozumieniu i ogólnie w lepszym poznaniu gwiazd neutronowych. - Odkrycie to rodzi pytania, co może powodować ten ekstremalny sygnał, którego nigdy wcześniej nie widzieliśmy i jak możemy wykorzystać go do badania Wszechświata? – podkreśla Michilli.
Źródło: Massachusetts Institute of Technology, fot. Andre Renard/Dunlap Institute/CHIME Collaboration. Na zdjęciu radioteleskop CHIME
