Žemę pasiekė 25 itin galingi radijo bangų pliūpsniai iš Visatos gelmių: astronomus sukrėtė paslaptingas signalų pasikartojimas

Nors dauguma žybsnių tetrunka milisekundes, yra užfiksuota retų atvejų, kai GRŽ kartojasi. Nors astronomai vis dar nėra tikri, kas juos sukelia, ir jų nuomonės skiriasi, dėl specialių observatorijų ir tarptautinio mokslininkų bendradarbiavimo smarkiai išaugo įvykių, kuriuos galima tirti, skaičius.

Pagrindinė šių tyrimų observatorija yra CHIME (angl. Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) – naujos kartos radijo teleskopas, įrengtas Dominjono radijo astrofizikos observatorijoje (Dominion Radio Astrophysical Observatory, DRAO), Kanados Britų Kolumbijos provincijoje.

Dėl didelio matymo lauko ir plačios dažnių aprėpties šis teleskopas yra nepakeičiamas įrankis greitiesiems radijo žybsniams aptikti (iki šiol aptikta daugiau nei 1000 šaltinių!).

Naudodami naujo tipo algoritmą, „CHIME / „FRB Collaboration“ mokslininkai tarp CHIME duomenų, kurie buvo renkami 2019 – 2021 metais, pastebėjo 25 naujus pasikartojančius GRŽ.
„CHIME / FRB Collaboration“ projektas vienija astronomus bei astrofizikus iš Kanados, JAV, Australijos, Taivano bei Indijos.

Jie taip pat bendradarbiauja su DRAO, Danlapo astronomijos bei astrofizikos institutu (DI), Perimetro teorinės fizikos institutu, Kanados teorinės astrofizikos institutu (CITA), Antono Pannekoeko astronomijos institutu, Nacionaline radijo astronomijos observatorija (NRAO), Astronomijos ir astrofizikos institutu, Nacionaliniu radijo astrofizikos centru (NCRA), Tatos fundamentaliųjų tyrimų institutu (TIFR) ir daugybe kitų universitetų bei institutų.

Nepaisant paslaptingos prigimties, GRŽ yra plačiai paplitę, ir tiksliausi skaičiavimai rodo, kad į Žemę visame danguje jie atsklinda maždaug tūkstantį kartų per dieną. Nė viena iš iki šiol pasiūlytų teorijų ar modelių negali iki galo paaiškinti visų GRŽ savybių ar jų šaltinių.

Manoma, kad kai kuriuos iš jų sukelia neutroninės žvaigždės ir juodosios skylės (dėl didelio energijos tankio jų aplinkoje), tačiau kitiems žybsniams ši klasifikacija netinka. Dėl šios priežasties kuriamos kitos teorijos, pradedant pulsarais bei magnetarais ir baigiant GSŽ bei nežemiška komunikacija.

CHIME iš pradžių buvo sukurtas tam, kad pagal neutralų vandenilį matuotų Visatos plėtimosi istoriją.

Praėjus maždaug 370 tūkst. metų po Didžiojo sprogimo, Visata buvo persmelkta šių dujų, o vieninteliai fotonai buvo arba Didžiojo sprogimo reliktinė spinduliuotė – kosminis mikrobangų fonas (CMB), arba ta spinduliuotė, kurią skleidė neutralaus vandenilio atomai.

Dėl šios priežasties astronomai ir kosmologai šį laikotarpį vadina „tamsiaisiais amžiais“, kurie baigėsi praėjus maždaug 1 mlrd. metų po Didžiojo sprogimo, kai pirmosios žvaigždės ir galaktikos pradėjo rejonizuoti neutralų vandenilį (Rejonizacijos era).

CHIME kaip tik buvo sukurtas tam, kad aptiktų neutralaus vandenilio sugertos ir išspinduliuotos šviesos bangos ilgį, vadinamą 21 centimetro vandenilio linija. Šiuo būdu astronomai galėjo išmatuoti, kaip greitai Visata plėtėsi „tamsiaisiais amžiais“, ir palyginti ją su vėlesnėmis kosmologinėmis epochomis.

Tačiau nuo to karto CHIME įrodė, kad dėl plataus matymo lauko ir dažnių diapazono (400 – 800 MHz) jis puikiai tinka GRŽ tyrinėjimams. Būtent toks yra „CHIME / FRB Collaboration“ tikslas – aptikti, charakterizuoti ir atsekti GRŽ šaltinius.

Kaip „Universe Today“ sakė Danlapo mokslininkas ir pagrindinis autorius Ziggy Pleunisas, kiekvieną GRŽ apibūdina jo padėtis danguje ir kiekybinis dydis, vadinamas dispersijos matu (DM). Jis nurodo laiko sugaištį nuo aukštų iki žemų dažnių, kurią sukelia žybsnio sąveika su medžiaga, kol jis keliauja per erdvę.

2021 metų rugpjūtį paskelbtame tyrime „CHIME/FRB Collaboration“ pristatė pirmąjį didelės imties GRŽ katalogą, į kurį buvo įtraukti 536 įvykiai, aptikti CHIME 2018 – 2019 metais, įskaitant 62 žybsnius iš 18-os anksčiau aprašytų pasikartojančių šaltinių.

Atlikdami naujausią tyrimą, Z. Pleunisas ir jo kolegos rėmėsi nauju grupavimo algoritmu, pagal kurį danguje ieškoma iš karto kelių įvykių su panašiais DM.

„Galime išmatuoti greitojo radijo žybsnio padėtį danguje ir dispersijos matą tik tam tikru tikslumu, kuris priklauso nuo naudojamo teleskopo konstrukcijos“, – sakė Z. Pleunisas.

„Grupavimo algoritmas atsižvelgia į visus CHIME teleskopu aptiktus greituosius radijo žybsnius ir ieško tokių GRŽ, kurių padėtys danguje ir dispersijos matai dera tarpusavyje. Tuomet atliekame įvairiausius patikrinimus, kad įsitikintume, jog šios grupės žybsniai iš tikrųjų sklinda iš to paties šaltinio“.

Iš daugiau nei 1 tūkst. iki šiol aptiktų GRŽ tik 29 buvo identifikuoti kaip pasikartojantys. Maža to, iš esmės visi pasikartojantys GRŽ kartojasi nereguliariai. Vienintelė išimtis yra 2018 metais CHIME mokslininkų aptiktas žybsnis 180916 (apie jį buvo pranešta 2020 m.), pulsuojantis kas 16,35 dienos.

Pasitelkę naująjį algoritmą, „CHIME/FRB Collaboration“ mokslininkai aptiko 25 naujus pasikartojančius šaltinius ir beveik padvigubino jų skaičių tyrimams. Be to, komanda pastebėjo keletą labai įdomių bruožų, kurie galėtų padėti išsiaiškinti jų atsiradimo priežastis bei charakteristikas. Z. Pleunisas pridūrė:

„Kruopščiai suskaičiavę visus mūsų aptiktus greituosius radijo žybsnius ir pasikartojančius šaltinius nustatėme, kad pasikartoja tik apie 2,6 proc. visų pastebėtų greitųjų radijo žybsnių. Daugelis naujų šaltinių sukėlė tik kelis žybsnius, todėl tai reiškia, kad jų šaltiniai yra gana neaktyvūs. Beveik tiek pat neaktyvūs kaip tie šaltiniai, kuriuos užfiksavome tik vieną kartą.
Todėl negalime atmesti galimybės, kad tie šaltiniai, iš kurių iki šiol atsklido tik vienas žybsnis, po kurio laiko pradės skleisti pasikartojančius žybsnius. Gali būti, kad visi greitieji radijo žybsniai galiausiai kartojasi, tik daug jų šaltinių nėra labai aktyvūs.

Bet kokia greitųjų radijo žybsnių teorija turėtų paaiškinti, kodėl kai kurie šaltiniai yra hiperaktyvūs, o kiti dažniausiai būna ramūs“.

Šios išvados gali būti naudingos būsimiems tyrimams, kuriems bus naudojami naujos kartos radijo teleskopai, pradėsiantys veikti artimiausiais metais.

Tarp jų bus observatorija SKAO (angl. Square Kilometer Array Observatory), kuri, kaip tikimasi, pirmąją šviesą pradės rinkti iki 2027 metų. Šis Australijoje statomas 128 lėkščių teleskopas bus sujungtas su Pietų Afrikoje esančiu „MeerKAT“ masyvu ir sudarys didžiausią pasaulyje radijo teleskopą.

Tuo tarpu milžiniškas naujų GRŽ fiksavimo greitis (įskaitant pasikartojančius įvykius) gali reikšti, kad radijo astronomai yra atsidūrę netoli proveržio.

Šaltiniai:

https://arxiv.org/abs/2301.08762

https://www.sciencealert.com/astronomers-find-25-hugely-powerful-fast-radio-bursts-that-keep-repeating