Rask radio burst

En Fast Radio Burst  ( FRB ), Schneller Radioblitz eller Extragalactic Fast Radio Transient er en enkelt eller repeterende kort burst i radiostrålingsområdet med en varighet på noen millisekunder på (antagelig) ekstragalaktiske avstander. Det er også kjent som Blitzar, Millisecond Radio Burst, Extragalactic Radio Burst, eller Cosmological Fast Radio Burst . I april 2020 ble slike radiobølger først oppdaget fra galaksen vår. Astronomer identifiserte deretter magnetarer som den primære kilden til disse høyenergiske utbruddene. Imidlertid er det fortsatt mange ubesvarte spørsmål om dens opprinnelse, årsaker og virkninger.

eiendommer

De raske radioblitsene ble oppdaget under fornyede analyser av himmelsundersøkelser for millisekundpulsarer . Den første ble mottatt på Parkes Radio Telescope i Australia i august 2001 , men ble ikke oppdaget i arkivdata før i 2006.

Mens pulser viser gjentatte signaler, oppdaget de fleste raske radiobrudd bare en enkelt puls med en varighet på noen få millisekunder. Pulsprofilen er symmetrisk i form av en likestilt trekant . I løpet av utbruddet er Fast Radio Bursts sterke strålekilder med intensiteter på opptil 30  Jansky . Utbruddene har ennå ikke blitt observert utenfor radioområdet, og det er ingen katalogiserte astronomiske kilder på deres steder . Vanligvis har bare ett utbrudd blitt oppdaget på stedet for et utbrudd.

Den hyppigheten av utbruddene i en FRB sies å være hvert 10. sekund over hele himmelen, verdien er svært usikre.

Etter at rundt 25 FRB ble kjent innen  2017, har mange flere blitt oppdaget siden det kanadiske Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) ble satt i drift i slutten av 2017, inkludert en andre repeater (se nedenfor).

Spredning

Lorimer burst, den første bevist rask radio burst. Dispersjonen vises som tidsforsinkelsen for ankomsttiden som en funksjon av frekvensen.

Avstanden kan trekkes fra spredningen (se fig.), Siden frie elektroner bremser radiosignalet (påvirker gruppens hastighet på signalet). I dette tilfellet påvirkes elektromagnetisk stråling med lav frekvens eller høy bølgelengde sterkere.

De gratis ladningsbærerne , spesielt de frie elektronene , i det interstellare forholdet til Melkeveien kan bare forårsake 3 til 6 prosent av den observerte dispersjonen, resten må være av ekstragalaktisk opprinnelse. Derfor bør avstanden til de tidligere kjente millisekunder radiosprekker være mellom 1,7 og 3,3 Giga parsec . Forutsatt en avstand på en gigaparsek, resulterer energien som frigjøres i størrelsesorden 10 ³³  joule .

Forsinkelsen med en frekvens er ${\ displaystyle \ nu}$

${\ displaystyle t = k _ {\ mathrm {DM}} \ cdot {\ frac {\ mathrm {DM}} {\ nu ^ {2}}}}$

Med

• spredningskonstanten ${\ displaystyle k _ {\ mathrm {DM}} = {\ frac {e ^ {2}} {2 \, \ pi \, m _ {\ mathrm {e}} \, c}} \ simeq 4,149 \, \ mathrm {GHz} ^ {2} \, \ mathrm {pc} ^ {- 1} \, \ mathrm {cm} ^ {3} \, \ mathrm {ms}}$
  • den grunnleggende ladningen ${\ displaystyle e}$
  • den elektronmassen ${\ displaystyle m _ {\ mathrm {e}}}$
  • den lysets hastighet ${\ displaystyle c}$
• den dispersjon måle  (DM), d. H. den partikkeltetthet  n _{e av} elektroner (i elektroner / cm ³ ) integrert langs den distansen som fotonene fra pulsarens til jorden;

${\ displaystyle \ mathrm {DM} = \ int _ {0} ^ {d} {n_ {e} \; dl}}$

i enheter av parsec per cm ³ (1 stk / cm ³ = 30,857 × 10 ²¹  m ⁻² ).

Ettersom partikkeltettheten langs avstanden som tilbakelegges i det interstellare eller intergalaktiske medium er ikke konstant, er graden av dispersjon av et observert FRB ikke proporsjonal med dens avstand.

Som ofte er tilfelle med astronomiske observasjoner, kan ikke forsinkelsen t måles direkte fordi strålingstiden ikke er kjent. I stedet kan tidsforsinkelsen  Δt av signalinngangen mellom en høy frekvens av en puls og en lav bestemmes: ${\ displaystyle \ nu _ {\ mathrm {hi}}}$${\ displaystyle \ nu _ {\ mathrm {lo}}}$

${\ displaystyle \ Delta t = t _ {\ mathrm {lo}} -t _ {\ mathrm {hi}} = k _ {\ mathrm {DM}} \ cdot \ mathrm {DM} \ cdot \ left ({\ frac {1} {\ nu _ {\ mathrm {lo}} ^ {2}}} - {\ frac {1} {\ nu _ {\ mathrm {hi}} ^ {2}}} \ høyre)> 0 }$

Etter omorganisering av ligningen ovenfor kan måling av spredning bestemmes ved å måle puls ankomsttider ved flere frekvenser:

${\ displaystyle \ Leftrightarrow \ mathrm {DM} = {\ frac {\ Delta t} {k _ {\ mathrm {DM}} \ cdot \ left ({\ frac {1} {\ nu _ {\ mathrm {lo} } ^ {2}}} - {\ frac {1} {\ nu _ {\ mathrm {hi}} ^ {2}}} \ right)}}}$

Dette kan brukes til å studere det interstellare mediet; i tillegg kan observasjonene av pulsarer ved forskjellige frekvenser kombineres.

Teorier

Siden beskrivelsen av Extragalactic Fast Radio Transients i 2007 har mange hypoteser blitt utviklet:

Nøytronstjerne -baserte

• Millisecond Extragalactic Radio Bursts er spesielt sterke utbrudd fra myke gamma-repeatere . Det kan være  en svakere form av Extragalactic Fast Radio Transient i Andromeda Galaxy M31, hvor flere utbrudd har blitt observert i radioområdet.
• Fast radioskurer er et fenomen som ligner på de gigantiske pulser i ekstragalaktiske pulsarer , repeterende utbrudd som, lik den rrat, forekommer svært sjelden, og har ikke blitt observert som repeterende i tidligere undersøkelser . En del av spredningen kan muligens være forårsaket av det tidligere skallet av stjernen i form av en supernovarest . I løpet av de første 60 til 200 årene etter supernovaeksplosjonen er skallet fortsatt for stramt til å la et radiobrudd passere, bare etter at FRB-ene kan observeres.
• De oppstår når to nøytronstjerner smelter sammen i et nært binært stjernesystem når magnetfeltene til de enkelte stjernene kollapser. Dette betyr at Extragalactic Fast Radio Transient ville være nært beslektet med gammastrålebrister med kort varighet.
• Som et resultat av sammenbruddet av magnetfeltet til en nøytronstjerne ved en nærliggende supernovaeksplosjon .
• Modellen av Luciano Rezzolla og Heino Falcke (Blitzar). Kollapsen av en massiv nøytronstjerne over Tolman-Oppenheimer-Volkoff-grensen til et svart hull ødelegger nøytronstjernens magnetfelt. Dette magnetfeltet, som ble frakoblet fra stjernen under sammenbruddet, går gjennom universet som en elektromagnetisk bølge og blir observert som en Extragalactic Fast Radio Transient. En slik kollaps skulle skje i en supernova noen tusen til millioner av år etter fødselen av en nøytronstjerne. Alternativt kan en rask radio burst også være koblet til en gammastråle burst, hvis det som et resultat av kollapsarmodellen eller sammenslåingen av to nøytronstjerner, en hurtig roterende supermassiv nøytronstjerne først dukker opp. En del av saken til forrige stjerne (r) har ikke blitt akselerert til rømningshastigheten og faller derfor tilbake på nøytronstjernen. Gjennom en interaksjon med magnetfeltet til nøytronstjernen reduseres både rotasjonshastigheten og magnetfeltet, og nøytronstjernen kollapser noen minutter etter gammastrålen, og sender ut en rask radiosprekk for å danne et svart hull. Denne modellen har fått mulig bekreftelse gjennom oppfølgingsobservasjoner av lange gammastråleskurer. I løpet av et av pausene i røntgenlyskurven til to gammastråleskurer ble det oppdaget en kosmologisk rask radiostøp i radioområdet. Bruddene er overganger i lyskurven , hvorfra lysstyrken blir beskrevet med en annen kraftlov . Hvis denne modellen blir bekreftet, er Fast Radio Bursts sannsynligvis også en kilde til svært relativistiske kosmiske stråler . Under oppfølgingsobservasjoner med radioteleskoper på stedet for gammastrålebrudd innen en periode på 140 sekunder etter et utbrudd, kunne ingen rask radiobrudd oppdages.

Lengre

• Som et resultat av en sammenslåing av to hvite dverger , hvorved den observerte radioutslipp skulle komme fra regionen til magnetpolen til en nylig dannet massiv og raskt roterende hvit dverg. I henhold til denne hypotesen skal en type Ia-supernova kunne påvises på stedet for noen raske radioutbrudd .
• The Fast Radio Bursts kan også være et kort utbrudd på en blussestjerne nær solen. Ifølge denne tolkningen er den målte spredningen ikke et resultat av en kosmologisk avstand, men genereres av en tett plasmahylle i stjernens korona . Utbruddene oppstår i den nedre kromosfæren , og det er derfor radiostrålingen er bøyd på vei gjennom koronaen. En magnetisk aktiv W Ursae Majoris-stjerne ble oppdaget i feltet FRB110703, som kan være kilden til den observerte raske radiobruddet.
• For FRB010621 nær det galaktiske planet , kunne den observerte spredning også ha blitt forårsaket av diffus ionisert gass og gjenstanden som fikk den til å ligge i Melkeveien. Utbruddet i området radiostråling kan være en ekstrem form for en gigantisk puls i en pulsar, eller det kan ha blitt forårsaket av fordampning av et svart hull .
• Med Fast Extragalactic Radio Bursts frigjøres all energien på veldig kort tid, noe som tyder på at kilden er svært relativistisk. Men selv om plasmaet som avgir strålingen beveger seg på en svært relativistisk måte, kreves det en sammenhengende emisjonsmekanisme. I følge en modifisert hypotese om radioutslipp fra gammastrålebrister, kan denne mekanismen oppstå fra en spontan maseremisjon i en sterkt magnetisert vind akselert til nesten lysets hastighet .
• Strålingen oppstår når et svart hull fordamper .
• Det kan være en slags fyrtårnsignal fra utenomjordisk teknologi .
• Ifølge spekulativ betraktning, Kardaschow II kan kulturer med flere ganger genererte FRBs operere solseil transportører med en megatonn nyttelast.

Gjentatte raske radiobrudd: repeater

Fra og med 2012 oppdaget forskere ved Cornell University i USA gjentatte raske radiosprengninger i en dverggalakse i Fuhrmann-konstellasjonen, 972 megaparsek eller rundt tre milliarder lysår unna . I en observasjon av området ved hjelp av Very Large Array - interferometer , identifiserte de ni raske radio burst. Stråleutbrudd fra en massiv stjerne eller et ekstremt massivt svart hull mistenkes å være forklaringen .

FRB 121102 var den første raske radiobruddet med gjentatte utbrudd som ble observert og intensivt undersøkt i 2014. Ved å bruke veldig lang basislinjeinterferometri , ble opprinnelsen bestemt for å være en dverggalakse med rød forskyvning på  . FRB 121102 er imidlertid ikke en typisk rask radio burst, ettersom lange serier med observasjoner ikke har vist noen ytterligere utbrudd på lokaliseringene til andre FRB.${\ displaystyle z = 0 {,} 193}$

Hjemmegalaksen til FRB 121102 er en metallfattig dverggalakse og viser tegn til en ekstrem utslipps-galakse . Strålingskilden er 0,2  buesekunder unna sentrum av denne galaksen i et stjernedannelsesområde som også er en permanent radiokilde . Parallelle observasjoner i det optiske, ultrafiolette , røntgen- og gammastråleområdet viser ingen utbrudd eller andre abnormiteter sammenlignet med andre metallfattige dverggalakser. Utbruddene er ikke-periodiske og viser ikke noe minne om tidligere utbrudd på grunn av deres tidsintervall, deres form, den utstrålte energien eller amplituden .

Fordelingen av utbruddene i FRB 121102 tilsvarer i sin energitidsfordeling til forholdet Gutenberg-Richter for jordskjelv . Dette er et lite avvik fra en kraftlov , med svake skjelvinger som forekommer litt oftere og sterke skjelv med litt lavere frekvens enn det som forventes av en enkel kraftlov. Som i seismologi følger ventetiden mellom utbruddene en gaussisk normalfordeling . Disse egenskapene observeres også i myke gamma-repeatere , slik at bruddmekanismen for skorpebruddet til en nøytronstjerne med et sterkt magnetfelt kan være. Alternative hypoteser er en avslapningsprosess i en kvarkstjerne eller en magnetisk syklus på en nøytronstjerne med en slags superbluss .

Oppdagelsen av en periodisitet i en rask radio burst ble først rapportert i februar 2020 - FRB 180916 avgir radiobølger i en ~ 16-dagers syklus.

Ytterligere eksempler

Se også Liste over raske radioutbrudd

Dagen for forekomst er inkludert i betegnelsen i skjemaet YYMMDD; z. B. FRB 010125 dukket opp 25. januar 2001 på den jordiske himmelen.

weblenker

• FRB-katalog Swinburne University of Technology, Australia
• Mystiske radiobølger: kode fra verdensrommet
• Forskere presenterer ny innsikt i mystiske lynlys

Individuelle bevis