Astronaujiena. Pasikartojantys radijo žybsniai

2007 metais kosmose aptikti greiti radijo žybsniai - vos milisekundes trunkantys gigahercų dažnio bangų impulsai, sklindantys iš įvairių pusių. Per šešerius metus aptikta apie 60 tokių žybsnių, bet jų šaltiniai kol kas neidentifikuoti. Dabar paskelbta apie dar trylika naujų žybsnių, o vienas iš naujai atrastųjų yra antrasis pasikartojantis žybsnių šaltinis. Tai galbūt leis išsiaiškinti, kas gi juos sukelia.

Kol kas nežinome, kas sukelia žybsnius, taigi tenka pasitenkinti tokia nedaug pasakančia vizualizacija. Trys spiralės simbolizuoja skirtingų bangos ilgių radijo bangas - trumpiausio ilgio (mėlynos) Žemę pasiekia anksčiau, nei ilgesnių. Šaltinis: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium
Kol kas nežinome, kas sukelia žybsnius, taigi tenka pasitenkinti tokia nedaug pasakančia vizualizacija. Trys spiralės simbolizuoja skirtingų bangos ilgių radijo bangas - trumpiausio ilgio (mėlynos) Žemę pasiekia anksčiau, nei ilgesnių. Šaltinis: Jingchuan Yu, Beijing Planetarium

Greitieji radijo žybsniai (angl. fast radio bursts, FRB) yra labai trumpi, bet labai galingi žybsniai. Tikslios jų galios kol kas negalime apskaičiuoti, nes nežinome tikslių atstumų iki jų; vienintelis žybsnis, kurio atstumas daugmaž identifikuotas, per kelias milisekundes galimai išspinduliavo tiek energijos, kiek Saulė išspinduliuoja per metus. Ir tai - gana siaurame radijo bangų ruože, o ne per visą spektrą nuo radijo iki gama spindulių. Kiekvienas žybsnis trunka nuo mažiau nei milisekundės iki keleto milisekundžių, tad ir stebėti juos nelengva. Apskritai pirmasis žybsnis aptiktas 2007 metais, nagrinėjant archyvinius 2001 metais atliktų stebėjimų duomenis. Nuo tada atrastos dar maždaug šešios dešimtys žybsnių, kurie visi įvardijami pagal aptikimo datą. Vienas iš jų, žymimas FRB121102, t.y. aptiktas 2012 metų lapkričio 2 dieną, iki šių metų pradžios buvo vienintelis žinomas pasikartojantis žybsnių šaltinis.

FRB121102 šaltinis - mažytė tolima galaktika. Šaltinis: Gemini Observatory/AURA/NSF/NRC

Kol kas apie žybsnius žinome palyginus nedaug. Stebėdami žybsnį skirtinguose bangos ilgiuose pamatysime, kad trumpesnės bangos atsklinda truputį anksčiau, nei ilgesnės; skirtumas gali siekti kelis šimtus milisekundžių. Tai reiškia, kad signalas sklido didelį atstumą per plazmą - elektronų ir jonų pilną terpę. Plazma sąveikauja su radijo bangomis ir jas sustabdo, o didesnio ilgio bangas stabdo labiau, nei mažesnio, todėl aukšto dažnio bangos mus pasiekia anksčiau, nei žemo. Šis reiškinys vadinamas dispersija. Darant prielaidą, kad aukšto ir žemo dažnio signalai išspinduliuoti tuo pat metu, taip galime apytikriai įvertinti, kaip toli skrido signalas. FRB dispersija yra didesnė, nei signalų, sklindančių Paukščių Take, taigi jie atskrenda iš už mūsų Galaktikos ribų. Šią išvadą patvirtina ir jų kryptys - FRB vienodai dažnai aptinkami visomis kryptimis, neaptinkama jokio susikoncentravimo ties Galaktikos plokštuma. Tai kol kas yra geriausia, ką galime pasakyti apie visų, išskyrus vieno, žybsnių nuotolius.

Pirmojo žinomo FRB spektrochronograma - grafikas, vaizduojantis žybsno spektrą (vertikalioje ašyje) skirtingais laiko momentais (horizontalioje ašyje). Kiekvieno dažnio žybsnis trunka kelias milisekundes, bet skirtingų dažnių signalus gali skirti keli šimtai milisekundžių. Šaltinis: Swinburne University of Technology

Tas vienas išskirtinis žybsnis, FRB121102, yra susietas su konkrečia galaktika. Kitiems žybsniams to padaryti neįmanoma, nes radijo stebėjimai, ypač tokių trumpų signalų, įprastai turi mažą erdvinę raišką, taigi jų padėtį žinome tik su gana didele paklaida. Stebėdami pasikartojantį žybsnį, padėtį galime užfiksuoti tiksliau - taip žinome, kad FRB121102 šaltinis yra galaktikoje, kurios šviesa iki mūsų keliauja tris milijardus metų. Žinodami atstumą ir užfiksuotą žybsnio energiją, galime apskaičiuoti ir jo galią: jei darome prielaidą, kad žybsnis spinduliavo visomis kryptimis vienodai, tuomet per tas kelias milisekundes jis išmetė apie 10^{41} ergų, arba 3\times 10^{18} TWh energijos. Jei žmonijos energijos poreikis neaugtų, tiek energijos mes sunaudotume per 10 trilijonų metų, arba tūkstantį kartų ilgiau, nei dabartinis Visatos amžius. Kitaip tariant, energija tikrai didžiulė, nors toli gražu neprilygsta, pavyzdžiui, supernovos sprogimui, kuris į aplinką išmeta apie milijardą kartų daugiau energijos. Žinoma, gali būti, kad žybsniai yra labai kryptingi ir energija sklinda siauru kūgiu; tokiu atveju bendra išspinduliuota energija gali būti daug kartų mažesnė.

Naujajame atradime pristatomi stebėjimai, atlikti pernai vasarą. Tuo metu teleskopas CHIME, skirtas vandenilio dujų pasiskirstymui Galaktikoje tyrinėti, buvo tik konfigūruojamas ir dar neveikė pilnu pajėgumu, tačiau to užteko, kad užfiksuotų naujuosius žybsnius. Vienas iš trylikos aptiktų žybsnių šaltinių, FRB180814, per stebėjimų laikotarpį žybtelėjo šešis kartus, taigi dabar turime du pasikartojančius FRB signalų šaltinius. Visų trylikos šaltinių žybsniai pasižymi didele dispersija, taigi sklinda iš už Paukščių Tako ribų. Maža to, atrodo, kad jie sklinda iš tankių regionų, tankesnių, nei vidutinis medžiagos tankis mūsų Galaktikoje. Didelis medžiagos tankis randamas galaktikų centrinėse dalyse, taip pat žvaigždėdaros regionuose, taigi gali būti, kad FRB skleidžiantys procesai yra susiję su žvaigždžių formavimusi arba supermasyviomis juodosiomis skylėmis. Taip pat šie trylika FRB stebėti žemesnio dažnio ruože, nei ankstesnieji - nustatyta, kad jų spinduliuotė sklinda net 400 megahercų dažniu, mažiausiu, kokį gali užfiksuoti CHIME.

CHIME teleskopas. Šaltinis: Ars Technica

Visgi svarbiausia atradimo dalis yra būtent antrojo pasikartojančio FRB šaltinio aptikimas. Tai reiškia, kad FRB121102 nėra visiška anomalija. Be to, dabar galėsime daug geriau tyrinėti pasikartojančius FRB. Kol žinojome tik vieną tokį objektą, buvo labai sudėtinga daryti kažkokias išvadas, nes neįmanoma atskirti, kurios jo savybės yra vienodos visiems analogiškiems objektams, o kurios būdingos tik jam vienam. Tuo tarpu turėdami du objektus galime lyginti jų savybes ir ieškoti bendrumų. Savybės, bendros abiem objektams, tikėtina, yra būdingos ir kitiems pasikartojantiems FRB, kurių dar neradome. Savybės, kurias turi tik vienas iš šaltinių, bet ne kitas, greičiausiai yra nulemtos kiekvieno šaltinio ar jo aplinkos savitumų. Ateityje, atradus daugiau pasikartojančių FRB, galėsime šias išvadas patikrinti ir taip dar geriau susigaudyti, kas šiuos žybsnius skleidžia.

Tyrinėdami pasikartojančius FRB, galėsime juos lyginti ir su nepasikartojančiais. Nors gaunama informacija apie kiekvieną iš pastarųjų yra ganėtinai prasta, jų kiekis kompensuoja šį trūkumą. Gali būti, kad paaiškės, jog pasikartojantys FRB sklinda iš visiškai kitokių šaltinių, nei vienkartiniai. Panašiai prieš kelis dešimtmečius atsitiko su gama spindulių žybsniais - pastebėta, kad vieni iš jų yra trumpi, kiti - ilgi. Dabar žinoma, kad ilgus žybsnius sukelia ypatingai stiprūs supernovų sprogimai, o trumpus - neutroninių žvaigždžių susiliejimai. Gal kada panašiai galėsime atskirti ir FRB šaltinius. O galbūt paaiškės, kad jie yra dar keistesni ir įvairesni, nei galime įsivaizduoti dabar.

Tyrimo rezultatai publikuoti dviejuose straipsniuose Nature: apie visus žybsnius ir apie pasikartojantį. Tekstas parengtas remiantis UniverseToday, Phys.org ir New Scientist straipsniais.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *