Szybkie błyski radiowe (FRB) to jedna z największych zagadek współczesnej astrofizyki. realizowane są milisekundy, niosą potężną energię i nikt do końca nie wie, co je tworzy. Teraz międzynarodowy zespół badaczy zrobił ogromny krok w stronę rozwiązania tej tajemnicy. Kluczową rolę w tym sukcesie odegrał radioteleskop pod Toruniem.
Kosmos wciąż do nas mruga, a my wciąż próbujemy zrozumieć, co chce nam przekazać. Szybkie błyski radiowe (Fast Radio Bursts, FRB) to ultrakrótkie, ale niezwykle intensywne impulsy energii, które przylatują do nas z niewyobrażalnych odległości.
Większość z nich to zdarzenia jednorazowe – błysk i cisza. Jednak niewielka część tych sygnałów się powtarza, co daje astronomom szansę na ich dokładniejsze zbadanie. Właśnie to udało się zrobić w przypadku źródła oznaczonego jako FRB 20190417A (nie, to nie jest ciąg przypadkowych znaków), a wyniki badań rzucają nowe światło na ekstremalne zjawiska zachodzące we Wszechświecie.
Wyniki tych badań opublikowano w The Astrophysical Journal Letters.
Teleskop wielkości Ziemi i polski wkład
Sukces ten nie byłby możliwy bez współpracy na skalę globalną. Badania prowadził zespół pod kierownictwem astronomów z Holandii, ale w polowaniu na sygnał brała udział cała armia instrumentów badawczych. Wykorzystano sieć EVN (European VLBI Network). To system radioteleskopów rozsianych nie tylko po Europie, ale i poza nią. Działają one w taki sposób, jakby stanowiły jeden gigantyczny instrument o rozmiarach całej Ziemi.
W tym elitarnym gronie znalazł się polski akcent, i to nie byle jaki. W badaniach brał udział radioteleskop z Obserwatorium Astronomicznego w Piwnicach, należący do Instytutu Astronomii UMK.
Toruński radioteleskop jest istotną częścią europejskich badań nad zjawiskiem FRB. Udało się nam oszacować podstawowe parametry fizyczne źródła emisji radiowej powiązanego z FRB 20190417A, co jest niezbędnym krokiem do zrozumienia jego pochodzenia – tłumaczy dr Marcin Gawroński z Instytutu Astronomii UMK.
Dr Marcin Gawroński z Instytutu Astronomii UMK, jeden ze współautorów badań oraz artykułu. Fot. Andrzej RomańskiTo, co osiągnęli naukowcy, to majstersztyk precyzji. Sygnały zbierane przez anteny rozsiane po świecie trafiają do Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE) w Holandii, gdzie są łączone w procesie korelacji. Efekt? Możliwość wyznaczenia pozycji źródła na niebie z dokładnością, która nie mieści się w głowie.
Aby uzmysłowić skalę tego osiągnięcia, badacze użyli plastycznego porównania. Precyzja lokalizacji FRB 20190417A jest porównywalna do dostrzeżenia torebki leżącej na wieży Eiffla przez osobę stojącą w Nowym Jorku. Dzięki tak niesamowitej rozdzielczości (milisekundy łuku kątowego) udało się potwierdzić coś przełomowego: sygnały FRB pochodzą z wnętrza zwartego źródła stałej emisji radiowej.
Ekstremalne środowisko i kosmiczne niemowlęta
Obiekt FRB 20190417A, odkryty pierwotnie przez konsorcjum CHIME/FRB, od początku wydawał się nietypowy. Sugerowano, iż znajduje się w gęstym i silnie magnetycznym środowisku, ale brakowało dowodów. Teraz je mamy. Alexandra Moroianu, główna autorka badań, potwierdza, iż błyski i stałe źródło radiowe pokrywają się przestrzennie. To zaledwie czwarty taki przypadek w historii, gdzie udało się bezpośrednio powiązać FRB ze stałym promieniowaniem.
Co to oznacza w praktyce? Zaczyna nam się wyłaniać pewien wzorzec. Powtarzające się FRB wydają się lubić ekstremalne towarzystwo, obszary zjonizowanej plazmy i potężne pola magnetyczne, często wewnątrz karłowatych galaktyk, które intensywnie produkują nowe gwiazdy. Obserwowane stałe źródło jest zwarte (ma mniej niż 80 lat świetlnych średnicy) i przypomina pozostałość po supernowej.
Więcej na Spider’s Web:
Wiodąca hipoteza mówi, iż za te kosmiczne fajerwerki odpowiadają najprawdopodobniej magnetary, gwiazdy neutronowe o niewyobrażalnie silnym polu magnetycznym. Co więcej, jeżeli to one zasilają te źródła, muszą być, w skali astronomicznej, niemowlakami. Naukowcy szacują, iż obiekty te mają mniej niż tysiąc lat. Dzięki pracy Polaków i międzynarodowego zespołu powoli zaczynamy rozumieć te kosmiczne potwory.
Nowe obserwacje wykonywane regularnie przez EVN, w tym antenę toruńską, umożliwiają precyzyjne wyznaczanie pozycji kolejnych źródeł FRB. Lokalizacja FRB 20190417A i powiązanie tego obiektu ze źródłem stałej emisji radiowej demonstrują istotność tego typu projektów, które są niezbędne do zrozumienia pochodzenia szybkich błysków radiowych i procesów fizycznych stojących za tym fenomenem – dodaje dr Gawroński.
Za pomocą kolejnych obserwacji i detekcji innych obiektów FRB z użyciem EVN astronomowie mają nadzieję ustalić, czy źródła stałej emisji radiowej to krótkotrwała faza wspólna dla wielu FRB, czy też cecha definiująca odrębną populację tych zjawisk.
Główna ilustracja: Artystyczna wizualizacja szybkich błysków radiowych emitowanych przez odległe źródło. Grafika: Daniëlle Futselaar/ASTRON
