https://bodybydarwin.com
Slider Image

Astronomen hebben slechts één grote sprong gemaakt in het oplossen van een bizar kosmisch mysterie

2020

Waar denk je aan wanneer je je het krachtigste object in het universum probeert voor te stellen? Misschien een atoombom, of een ultra-krachtige zon, toch? Nou, laat me je voorstellen aan de Fast Radio Burst: een vreemd fenomeen dat zich slechts een paar duizendsten van een seconde uitstrekt, maar meer energie kan uitstralen dan de zon in 80 jaar. Duizenden FRB's flitsen op elk willekeurig moment door de ruimte, maar voor iets dat zo alomtegenwoordig en zo krachtig is, weten we bijna bupki's over hoe en waarom ze zijn gevormd. Veel daarvan heeft te maken met het feit dat wetenschappers sinds ze ze voor het eerst in 2007 hebben ontdekt, nooit helemaal zeker zijn waar ze vandaan komen. Worden ze verdreven door zwarte gaten? Zijn het extensies van onregelmatige sterren die amok draaien? Zijn het tekenen van intelligente buitenaardse wezens die met ons proberen te communiceren?

We hebben zojuist een enorme stap voorwaarts gezet bij het oplossen van die vraag. In een studie die donderdag in Science is gepubliceerd, meldt een internationaal team de allereerste lokalisatie het oorsprongspunt van een niet-herhalende FRB. "Dit was de eerste [FRB] waar we het allebei vonden en de juiste gegevens hadden om het te lokaliseren, zegt Keith Bannister, een astronoom bij de Commonwealth Science and Industrial Research Organisation (CSIRO) van Australië en de hoofdauteur van de nieuwe paper." We moesten de zogenaamde 'live action replay'-modus in de telescoop bouwen om deze FRB te lokaliseren. "

Dat 'live action replay'-systeem zou de baanbrekende innovatie kunnen zijn die we nodig hebben om eindelijk te ontdekken welke bizarre kosmische fenomenen produceren en FRB's afvuren naar de rest van het universum.

"Het is echt een geweldige ontdekking", zegt Brian Metzger, een astrofysicus aan de Columbia University in New York City, die niet betrokken was bij het onderzoek. “Ik wil ze niet rechtstreeks vergelijken, maar in sommige opzichten is een lokalisatie 100 evenementen waard waarvan we niet weten waar ze vandaan komen. Er is zoveel context die je kunt krijgen. '

De focus ligt op FRB 180924, nu de 86e FRB die door astronomen is gedetecteerd. Zulke signalen zijn notoir voorbijgaand, en deze was slechts 1, 3 milliseconden lang - nauwelijks een waarschuwing voor de menselijke geest.

Theorieën over wat deze signalen produceert, omvatten conventionele verklaringen zoals zwarte gaten of neutronensterren of zeer energieke supernovae, samen met meer onconventionele opties zoals blitzars (een hypothetische versie van een pulsar) of donkere materie stort in. En ja, soms suggereren mensen dat ze van buitenaardse wezens komen. Een van de meest geprezen theorieën van de afgelopen jaren werd gevormd door Metzger en een paar van zijn collega's, die suggereerden dat de FRB's effecten waren van hyperactieve flares van jonge magnetars (neutronensterren vergezeld door extra krachtige magnetische velden).

Om eerlijk te zijn, dit is eigenlijk niet de eerste FRB ooit. In 2017 slaagden wetenschappers erin om de thuismelkweg te lokaliseren voor een zich herhalende FRB, FRB 121102 (een van de slechts twee waargenomen in record). Hoewel het nog steeds een moeilijke taak was, gaven de herhaalde detecties astronomen aanwijzingen over waar ze moesten zoeken, en uiteindelijk volgden ze het op naar een zwak dwergstelsel, 3 miljard lichtjaar verwijderd met een hoge snelheid van stervorming.

Zoals u zich kunt voorstellen, is een eenmalige FRB nog moeilijker te vinden. De sleutel is om een ​​telescoop te hebben die beide FRB's kan vinden en groot genoeg is, in termen van afstand tussen antennes, om ze te lokaliseren, zegt Bannister. Eerdere telescopen hebben het een of het ander gehad, maar niet beide

CSIRO heeft een truc voor de boeg die deze taak mogelijk maakt: de Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), een radiotelescoopserie met 36 schotels in West-Australië. In het verleden waren alle schotels van ASKAP meestal in verschillende richtingen gericht, waardoor een moersleutel werd gebruikt om het signaal, inclusief het punt van oorsprong, nauwkeuriger te karakteriseren.

Het was duidelijk dat de eenvoudige oplossing voor dit probleem was om ASKAP's gerechten opnieuw te rangschikken, zodat ze allemaal naar hetzelfde deel van de hemel wezen. Maar Bannister en zijn team hebben ook extra stappen gezet in het verbeteren van de systemen die het verzamelen van FRB-gegevens mogelijk maken, het aanpassen van de hardware zodat het een miljard verschillende metingen per seconde kan maken en het creëren van nieuwe software die die cijfers in realtime kan kraken.

Dus hier s hoe het live action replay systeem werkt: zodra ASKAP een FRB detecteert, stopt het verzamelen van gegevens en gaat de software door met het downloaden van alle onbewerkte gegevens die door elk gerecht zijn verzameld in de laatste drie seconden. Het oorspronkelijke signaal komt eigenlijk op elke radiotelet op verschillende tijdstippen aan en astronomen kunnen deze fracties van een nanoseconde gebruiken om de positie van de FRB te bepalen met een precisie van ongeveer 0, 1 arcseconden equivalent aan een mensenhaar op een afstand van 200 meter, zegt Bannister.

Het team beeldde vervolgens het beginpunt af en mat de afstand met behulp van drie van de krachtigste grondtelescopen op aarde (de Very Large Telescope van de European Southern Observatory in Chili, de Keck-telescoop in Hawaii en de Gemini South-telescoop in Chili).

Als gevolg hiervan weten we nu dat FRB 180924 zich op de buitenrand van een sterrenstelsel bevindt op 3, 6 miljard lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Grus, vergelijkbaar met de grootte, vorm en helderheid van de Melkweg. Net als bij andere FRB's zorgde interstellair gas ervoor dat FRB 180924 af en toe vertraagde, door een effect dat 'dispersie' wordt genoemd. Astronomen kunnen dispersie eigenlijk gebruiken als een manier om te meten wat voor soort gas en hoeveel daarvan een FRB onderweg is doorgeritst. naar de aarde, wat ons enig idee geeft over wat voor soort materie tussen punt A en punt B ligt en wat voor soort reis het signaal heeft afgelegd.

"Voor een niet-herhalende FRB krijgen we één kans om het te vinden en zijn positie te meten, en het ASKAP-team heeft het prachtig gedaan", zegt Shriharsh Tendulkar, een astronoom aan de McGill University in Montreal die niet bij het onderzoek was betrokken.

Er is enige verwarring bij het proberen om dit nieuwe oorsprongspunt te verzoenen met het dwergstelsel dat de thuisbasis is van FRB 121102. Het is moeilijk om beide sterrenstelsels te doorgronden die hetzelfde type onverklaarbare energierijke verschijnselen produceren als het verschil in grootte en helderheid tussen hen 1000 is -vouwen.

"Als er iets is, heeft deze ontdekking meer vragen opgeroepen", zegt Bannister. “We weten nu dat FRB's in vrij passieve delen van het universum kunnen gebeuren. We dachten eerder dat je veel krachtige stervorming nodig had om FRB's te maken. ”Hij denkt dat de nieuwe bevindingen een paar modellen niet waarderen: het feit dat FRB 180924 uit de buitenwijken van zijn melkwegstelsel komt, doet twijfels rijzen over de theorie dat superzware zwarte gaten vastzitten aan het centrum van sterrenstelsels zijn de gebruikelijke bron. Zeer jonge sterren, zoals jonge magnetars gevormd na supernova's, worden waarschijnlijk ook meegeteld, evenals verklaringen die geen enkele vorm van galactisch lichaam vereisen. "We moeten terug naar de tekentafel om te begrijpen hoe FRB's in zo'n breed scala aan omgevingen kunnen gebeuren."

Niet iedereen is ervan overtuigd dat de nieuwe bevindingen een radicale verandering in onze huidige FRB-theorieën noodzakelijk maken. James Cordes, een astronoom aan de Cornell University die niet aan het onderzoek heeft deelgenomen, denkt dat het nog steeds een gok is dat neutronensterren, met name magnetars, de meest waarschijnlijke bron zijn voor FRB-productie. De belangrijkste implicatie, zegt hij, heeft te maken met de theorie dat FRB's worden gevormd in superlichtgevende supernovae die bij voorkeur worden gevormd in dwergstelsels met lage concentraties van metalen. "Dat kan nog steeds tot op zekere hoogte waar zijn, maar de nieuwe FRB en zijn melkwegstelsel vormen een mogelijk tegenvoorbeeld, " zegt hij.

Er is ook de mogelijkheid dat herhalende en niet-herhalende FRB's eenvoudig worden geregeld door verschillende modellen. "Het vinden van een jonge magnetar in de buitenwijken van een enorm sterrenstelsel met oude sterren is als het vinden van een walvis in de Sahara, " zegt Tendulkar. "Het is natuurlijk heel vroeg in het veld, maar dit zou kunnen suggereren dat herhalende en niet-herhalende FRB's van volledig verschillende oorsprong zijn, " en dat het magnetar-model alleen geldt voor de laatste.

Metzger zelf denkt niet dat de bevindingen magnetars ronduit uitsluiten. Het kan zijn dat magnetars meer divers zijn en zich in meer kosmische scenario's vormen dan eerder werd aangenomen. "Er zijn misschien meer mogelijke manieren om deze FRB-producerende magnetars te produceren, " zegt hij. "En de natuur kan meer dan één manier hebben om een ​​snelle radiostoot te produceren."

We zullen die vragen pas beantwoorden als we meer FRB-gegevens hebben verzameld, en het is vrij duidelijk dat Bannister en zijn team een ​​nieuw pad hebben gebaand om deze fenomenen diepgaand te onderzoeken. Het lokaliseren van het oorsprongpunt biedt een veel smaller venster om te identificeren welke objecten op de plaats van het misdrijf dingen kunnen afvuren. Meer direct kunnen wetenschappers FRB-dispersie gebruiken als een robuustere manier om de verdeling van materie in het universum in kaart te brengen - wat een zegen zou moeten zijn voor het beantwoorden van enkele kosmologische vragen. "Dit soort aanpak is de golf van de toekomst", zegt Cordes.

(Houd gewoon niet je hoop open voor iemand om naar buiten te komen en te zeggen dat het aliens zijn. Het is nooit aliens.)

Vorige week in technologie: Gadgets in de gloed na de zonsverduistering

Vorige week in technologie: Gadgets in de gloed na de zonsverduistering

De satellieten van NOAA bevinden zich op het hakblok.  Dit is waarom we ze nodig hebben.

De satellieten van NOAA bevinden zich op het hakblok. Dit is waarom we ze nodig hebben.

22 verbluffende beelden die wetenschap in kunst veranderen

22 verbluffende beelden die wetenschap in kunst veranderen