Stebėtinos naujos paslaptingų greitųjų radijo bangų funkcijos, prieštaraujančios dabartiniam supratimui


FAST teleskopo menininko koncepcija

Menininko idėja apie penkių šimtų metrų diafragmos sferinį radijo teleskopą (FAST) Kinijoje. Kreditas: Jingchuan Yu

Greiti radijo pliūpsniai – mįslinga ir gilėjanti paslaptis

Tarptautinė mokslininkų komanda atskleidžia besivystančią, įmagnetintą aplinką ir stebinančią gilios erdvės greitųjų radijo bangų šaltinio vietą – stebėjimus, kurie nepaiso dabartinio supratimo.

Greiti radijo pliūpsniai (FRB) yra milisekundžių trukmės kosminiai sprogimai, kurių kiekvienas gamina energiją, lygiavertę saulės metinei išeigai. Jų gluminantis pobūdis ir toliau stebina mokslininkus praėjus daugiau nei 15 metų po to, kai pirmą kartą buvo atrasti elektromagnetinių radijo bangų impulsai giluminėje erdvėje. Dabar naujai paskelbti tyrimai tik pagilina juos supančią paslaptį.

Netikėtos naujos tarptautinės mokslininkų grupės kosminių radijo bangų stebėjimai iššaukia vyraujantį supratimą apie FRB fizinę prigimtį ir centrinį variklį. Mokslininkai, tarp kurių yra Nevados universiteto Las Vegase (UNLV) astrofizikas Bingas Zhangas, paskelbė savo išvadas žurnalo rugsėjo 21 d. Gamta.

Penkių šimtų metrų diafragmos sferinis radijo teleskopas (FAST) yra Guidžou, Kinijoje, natūralioje kraštovaizdžio įduboje. Tai didžiausias pasaulyje vienlėkštis radijo teleskopas su 500 metrų (1600 pėdų) skersmens lėkšte ir priėmimo zona, atitinkančia 30 futbolo aikščių. Tikimasi, kad FAST išlaikys savo pasaulinio lygio statusą ateinančius 20–30 metų. Savo novatorišku dizainu FAST peržengė 100 metrų inžinerinių teleskopų konstrukcijos ribą ir sukūrė naują režimą dideliems radijo teleskopams kurti.

Kosminiai FRB stebėjimai buvo atlikti 2021 m. pavasario pabaigoje naudojant didžiulį penkių šimtų metrų diafragmos sferinį radijo teleskopą (FAST) Kinijoje. Komanda aptiko 1863 pliūpsnius per 82 valandas per 54 dienas iš aktyvaus greitojo radijo bangų šaltinio, vadinamo FRB 20201124A. Mokslininkams vadovavo Heng Xu, Kejia Lee, Subo Dong iš Pekino universiteto ir Weiwei Zhu iš Kinijos nacionalinės astronomijos observatorijos kartu su Zhang.

„Tai didžiausias FRB duomenų pavyzdys su poliarizacijos informacija iš vieno šaltinio“, – sakė Lee.

Neseniai pastebėjome greitą radiją iš mūsų[{” attribute=””>Milky Way galaxy indicate that it originated from a magnetar, which is a dense, city-sized neutron star with an incredibly powerful magnetic field. On the other hand, the origin of very distant cosmological fast radio bursts remains unknown. And these latest observations leave scientists questioning what they thought they knew about them.

“These observations brought us back to the drawing board,” said Zhang, who also serves as founding director of UNLV’s Nevada Center for Astrophysics. “It is clear that FRBs are more mysterious than what we have imagined. More multi-wavelength observational campaigns are needed to further unveil the nature of these objects.”

FAST Telescope

The Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST), nicknamed Tianyan (“Eye of the Sky/Heaven”) is a radio telescope located in the Dawodang depression, a natural basin in Pingtang County, Guizhou, southwest China. It consists of a fixed 500-meter diameter dish constructed in a natural depression in the landscape. It is the world’s largest filled-aperture radio telescope, and the second-largest single-dish aperture after the sparsely-filled RATAN-600 in Russia.

What makes the latest observations surprising to scientists is the irregular, short-time variations of the so-called “Faraday rotation measure,” essentially the strength of the magnetic field and density of particles in the vicinity of the FRB source. The variations went up and down during the first 36 days of observation and suddenly stopped during the last 18 days before the source quenched.

“I equate it to filming a movie of the surroundings of an FRB source, and our film revealed a complex, dynamically evolving, magnetized environment that was never imagined before,” said Zhang. “Such an environment is not straightforwardly expected for an isolated magnetar. Something else might be in the vicinity of the FRB engine, possibly a binary companion,” added Zhang.

To observe the host galaxy of the FRB, the team of astronomers also made use of the 10-m Keck telescopes located at Mauna Kea in Hawaii. Zhang says that young magnetars are believed to reside in active star-forming regions of a star-forming galaxy, but the optical image of the host galaxy shows that – unexpectedly – it’s a metal-rich barred spiral galaxy like our Milky Way. The FRB location is in a region where there is no significant star-forming activity.

“This location is inconsistent with a young magnetar central engine formed during an extreme explosion such as a long gamma-ray burst or a superluminous supernova, widely speculated progenitors of active FRB engines,” said Dong.

Reference: “A fast radio burst source at a complex magnetized site in a barred galaxy” by H. Xu, J. R. Niu, P. Chen, K. J. Lee, W. W. Zhu, S. Dong, B. Zhang, J. C. Jiang, B. J. Wang, J. W. Xu, C. F. Zhang, H. Fu, A. V. Filippenko, E. W. Peng, D. J. Zhou, Y. K. Zhang, P. Wang, Y. Feng, Y. Li, T. G. Brink, D. Z. Li, W. Lu, Y. P. Yang, R. N. Caballero, C. Cai, M. Z. Chen, Z. G. Dai, S. G. Djorgovski, A. Esamdin, H. Q. Gan, P. Guhathakurta, J. L. Han, L. F. Hao, Y. X. Huang, P. Jiang, C. K. Li, D. Li, H. Li, X. Q. Li, Z. X. Li, Z. Y. Liu, R. Luo, Y. P. Men, C. H. Niu, W. X. Peng, L. Qian, L. M. Song, D. Stern, A. Stockton, J. H. Sun, F. Y. Wang, M. Wang, N. Wang, W. Y. Wang, X. F. Wu, S. Xiao, S. L. Xiong, Y. H. Xu, R. X. Xu, J. Yang, X. Yang, R. Yao, Q. B. Yi, Y. L. Yue, D. J. Yu, W. F. Yu, J. P. Yuan, B. B. Zhang, S. B. Zhang, S. N. Zhang, Y. Zhao, W. K. Zheng, Y. Zhu and J. H. Zou, 21 September 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05071-8

The study appeared September 21 in the journal Nature and includes 74 co-authors from 30 institutions. In addition to UNLV, Peking University, and the National Astronomical Observatories of China, collaborating institutions also include Purple Mountain Observatory, Yunnan University, UC Berkeley, Caltech,