Amikor a csillagászok először észlelték a gyors rádiófrekvencia-törés (FRB) észlelését 2007-ben (más néven: Lorimer-robbanás), mindkettő megdöbbent és érdekel. Ez a nagy energiájú rádióimpulzus-robbanás, amely csak néhány milliszekundumig tartott, úgy tűnt, hogy galaxisunk kívülről jön. Azóta az csillagászok bizonyítékot találtak számos FRB-re a korábban rögzített adatokban, és továbbra is spekulálnak arról, hogy mi okozza őket.
A későbbi felfedezéseknek és kutatásoknak köszönhetően a csillagászok most már tudják, hogy az FRB-k sokkal gyakoribbak, mint azt korábban gondolták. Valójában egy Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ (CfA) kutatói csoport által készített új tanulmány szerint másodpercenként egyszer fordulhat elő FRB-k a megfigyelhető univerzumban. Ha igaz, az FRB-k hatékony eszköz lehetnek a kozmosz eredetének és alakulásának kutatására.
A "Gyors rádiósugárzás minden másodpercben zajlik a megfigyelhető univerzumban" című tanulmány nemrégiben jelent meg Az asztrofizikai folyóiratok. A vizsgálatot Anastasia Fialkov, posztdoktori kutató és a CfA Elmélet és Számítástechnikai Intézet (ITC) munkatársa vezette. Csatlakoztak hozzá Abraham Loeb professzor, az ITC igazgatója és Frank B. Baird, a Harvard tudományos professzora.
Mint megjegyeztük, az FRB-k az első felfedezése óta rejtélyek maradtak. Az okok nemcsak ismeretlenek, de valódi természetükről még mindig sokat nem értettek. Ahogy Dr. Fialkov elmondta a Space Magazine-nak e-mailben:
„Az FRB-k (vagy gyors rádió-sorozat) meghatározhatatlan természetű asztrofizikai jelek. A megfigyelt kitörések rövid (vagy milliszekundumos időtartamú), fényes impulzusok vannak az elektromágneses spektrum rádió részében (GHz frekvenciákon). Eddig csak 24 tört tört meg, és továbbra sem tudjuk biztosan, hogy mely fizikai folyamatok kiváltják őket. A legmegbízhatóbb magyarázat az, hogy elindítják a mágneses neutroncsillagok forgatásával. Ezt az elméletet azonban meg kell erősíteni. ”
Vizsgálataik érdekében Fialkov és Loeb az ismétlődő gyors rádiószakadás több távcsövével tett megfigyelésekre támaszkodott, amelyeket FRB 121102 néven ismertek. Ezt az FRB-t először 2012-ben figyelték meg a kutatók a Puerto Ricóban található Arecibo rádióteleszkóp segítségével, és azóta megerősítették, hogy egy galaxistól származik, amely 3 milliárd fényévnyire van az Auriga csillagkép irányában.
A felfedezés óta további töréseket észleltek a helyéből, így az FRB 121102 az ismétlődő FRB egyetlen ismert példája. Ez az ismétlődő természet lehetővé tette a csillagászok számára, hogy részletesebb vizsgálatokat végezzenek róla, mint bármely más FRB-nél. Amint Loeb professzor e-mailben elmondta a Space Magazine-nak, ezek és egyéb okok ideális célokká tették tanulmányukat:
„Az FRB 121102 az egyetlen FRB, amelyben egy gazda galaxist és egy távolságot azonosítottak. Ez az egyetlen ismétlődő FRB forrás, amelyből már száz száz FRB-t fedeztünk fel. Az FRB-jeinek rádióspektruma egy jellegzetes frekvencián helyezkedik el, és nem fed le egy nagyon széles sávot. Ennek fontos következményei vannak az ilyen FRB-k detektálhatóságának, mivel ahhoz, hogy megtalálják őket, a rádiófigyelő intézetet a frekvenciájukra kell hangolni. "
Az FRB 121102-ről ismert adatok alapján Fialkov és Loeb számításokat készített, amelyek azt feltételezték, hogy viselkedése reprezentatív az összes FRB-vel szemben. Ezután megjósolták, hogy hány FRB létezik az egész égbolton, és meghatározták, hogy a megfigyelhető világegyetemben valószínűleg egy FRB történik másodpercenként. Fialkov kifejtette:
„Feltételezve, hogy az FRB-ket egy adott típusú galaxisok állítják elő (például hasonlóak az FRB 121102-hez), kiszámolhatjuk, hogy hány FRB-t kell előállítaniuk minden egyes galaxisban a meglévő megfigyelések magyarázata érdekében (azaz napi 2000 égboltonként). Ezt a számot szem előtt tartva következtethetünk a galaxisok teljes populációjának termelési sebességére. Ez a számítás azt mutatja, hogy minden halvány esemény elszámolásakor másodpercenként FRB fordul elő. ”
Míg az FRB pontos jellege és eredete még nem ismert - a javaslatok között szerepel a forgó neutroncsillagok és még az idegen intelligencia is! - Fialkov és Loeb jelzik, hogy fel lehetne használni az univerzum felépítésének és evolúciójának tanulmányozására. Ha valóban ilyen szabályos frekvenciával fordulnak elő a kozmoszban, akkor a távolabbi források szondaként működhetnek, amelyre az csillagászok akkor támaszkodnak, ha elmerítik a világ mélységét.
Például hatalmas kozmikus távolságokon belül jelentős mennyiségű beavatkozó anyag van, amely megnehezíti a csillagászok számára a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) tanulmányozását - a Nagyrobbanásból származó maradék sugárzást. Ennek a közbeiktató anyagnak a tanulmányozása új becslésekhez vezethet, hogy mennyire sűrű a tér - azaz mekkora részét alkotja a közönséges anyag, a sötét anyag és a sötét energia -, és milyen gyorsan bővül.
És amint Loeb professzor rámutatott, az FRB-ket fel lehet használni a tartós kozm logikai kérdések felkutatására, például azzal, hogy véget ért az univerzum „sötét korszaka”:
Az FRB-k felhasználhatók a szabad elektronok oszlopának mérésére a forrás felé. Ez felhasználható a rendes anyag sűrűségének mérésére a galaxisok között a mai világegyetemben. Ezen túlmenően a korai kozmikus időkben az FRB-k felhasználhatók annak megállapítására, mikor az első csillagokból származó ultraibolya fény elbontotta a Big Bangból maradt hidrogén elsődleges atomjait alkotó elektronjaikba és protonjaikba. ”
A „sötét korszakot”, amely a nagy robbanás után 380 000–150 millió évvel történt, a fotonokkal kölcsönhatásban lévő hidrogénatomok „ködje” jellemezte. Ennek eredményeként ezen időszak sugárzását a jelenlegi műszereink nem észlelhetik. Jelenleg a tudósok még mindig megpróbálják megoldani, hogy az Univerzum miként hajtotta végre az átmenetet a „sötét korok” és az azt követő korszakok között, amikor az Univerzum tele volt világossággal.
A „reionizáció” ezen időszaka, amelyre a Nagyrobbanás után 150 millió és 1 milliárd évvel került sor, az volt, amikor az első csillagok és kvazárok kialakultak. Általában úgy gondolják, hogy a világegyetem első csillagaiból származó UV-fény kifelé halad a hidrogéngáz ionizálására (ezáltal tisztítja a ködöt). Egy nemrégiben készült tanulmány azt is sugallta, hogy a korai világegyetemben létező fekete lyukak létrehozták a szükséges „szeleket”, amelyek lehetővé tették ennek az ionizáló sugárzásnak a menekülését.
Ebből a célból az FRB-k felhasználhatók az Univerzum korai korszakába való szonda meghatározására és annak meghatározására, hogy mi okozta ezt a „ködöt” és megengedte a fénynek a menekülést. A nagyon távoli FRB-k tanulmányozása lehetővé tenné a tudósok számára, hogy megvizsgálják, hol, mikor és hogyan történt ez a „reionizáció” folyamata. Előretekintve Fialkov és Loeb elmagyarázta, hogy a jövőbeli rádióteleszkópok hogyan képesek felfedezni sok FRB-t.
"A jövőbeni rádiómegfigyelő intézetek, például a négyzetkilométeres tömb, elég érzékenyek lesznek, hogy észleljék a megfigyelhető világegyetem szélén lévő galaxisok első generációjának FRB-jeit" - mondta Loeb professzor. "Munkánk első becslést ad a csecsemő világegyetemben világító rádióhullámok első villanásainak számáról és tulajdonságairól."
Aztán ott van a kanadai hidrogénintenzitás-feltérképezési kísérlet (CHIME) a Brit Columbia Dominion Radio Astrophysical Observatory-ban, amely a közelmúltban kezdte meg működését. Ezek és más eszközök hatékony eszközként szolgálnak az FRB-k detektálására, amelyek viszont felhasználhatók az idő és a tér korábban még nem látott régióinak megtekintésére, és a legmélyebb kozmológiai rejtélyek feloldására.
"Úgy találjuk, hogy egy új generációs távcső (sokkal jobb érzékenységgel, mint a létező) várhatóan sokkal több FRB-t fog látni, mint amit manapság megfigyelünk" - mondta Dr. Fialkov. „Ez lehetővé tenné az FRB-k populációjának jellemzését és származásuk azonosítását. Az FRB-k természetének megértése jelentős áttörést jelent. Amint ezeknek a forrásoknak a tulajdonságai ismertek, az FRB-k felhasználhatók kozmikus jeladóként az univerzum felfedezéséhez. Az egyik alkalmazás a reionizáció történetének tanulmányozása (kozmikus fázisátmenet, amikor a galaktikusok közötti gázt csillagok ionizálják). ”
Ez egy ihletett gondolat, amely a természetes kozmikus jelenségeket kutatási eszközként használja. Ebben a tekintetben az FRB-k használata az űrben legtávolabbi tárgyak próbálására (és amennyire csak lehet az idővel), olyan, mint a kvazárok használata navigációs jeladóként. Végül az Univerzummal kapcsolatos ismereteink továbbfejlesztése lehetővé teszi számunkra, hogy többet fedezzünk fel.
