Kad astronomi pirmo reizi atzīmēja ātrās radio pārraides (FRB) atklāšanu 2007. gadā (pazīstams arī kā Lorimera pārraide), viņi abi bija pārsteigti un ieintriģēti. Šis augstas enerģijas radio impulsu pārrāvums, kas ilga tikai dažas milisekundes, šķita, ka nāk no mūsu galaktikas ārpuses. Kopš tā laika astronomi ir atraduši pierādījumus par daudziem FRB iepriekš ierakstītos datos un joprojām spekulē, kas tos izraisa.
Pateicoties turpmākajiem atklājumiem un pētījumiem, astronomi tagad zina, ka FRB ir daudz izplatītāki, nekā tika domāts iepriekš. Faktiski saskaņā ar jaunu pētījumu, ko veica pētnieki no Hārvarda-Smitsona astrofizikas centra (CfA), FRB var rasties katru sekundi novērojamā Visumā. Ja tā ir taisnība, FRB varētu būt spēcīgs instruments, lai izpētītu kosmosa izcelsmi un attīstību.
Pētījums ar nosaukumu “Ātra radiopārraide notiek katru sekundi visā novērojamā Visumā” nesen parādījās Astrofizisko žurnālu vēstules. Pētījumu vadīja postdocu pētniece Anastasija Fialkova un CfA teorijas un skaitļošanas institūta (ITC) stipendiāte. Viņai pievienojās profesors Abrahams Loebs, ITC direktors, un Frenks B. Berdžs, Jr. zinātnes profesors Hārvarda.
Kā minēts, FRB kopš pirmo reizi tika atklāti noslēpumā. Viņu cēloņi ne tikai paliek nezināmi, bet joprojām nav izprasts arī to patiesais raksturs. Kā Dr. Fialkovs pa e-pastu stāstīja žurnālam Space Magazine:
“FRB (vai ātras radio pārraides) ir astrofiziski signāli, kuriem nav noteikts raksturs. Novērotie pārrāvumi ir īss (vai milisekundēs ilgs), spilgti impulsi elektromagnētiskā spektra radio daļā (GHz frekvencēs). Līdz šim ir novēroti tikai 24 pārrāvumi, un mēs joprojām nezinām, kuri fizikālie procesi tos izraisa. Visticamākais izskaidrojums ir tas, ka tos iedarbina rotējošas magnetizētas neitronu zvaigznes. Tomēr šī teorija ir jāapstiprina. ”
Sava pētījuma nolūkos Fialkovs un Loebs paļāvās uz novērojumiem, ko veica vairāki atkārtošanās ātrās radiopārraides teleskopi, kas pazīstami kā FRB 121102. Šo FRB pirmo reizi 2012. gadā novēroja pētnieki, izmantojot Arecibo radioteleskopu Puertoriko, un kopš tā laika tas ir bijis. apstiprināts, ka tā nāk no galaktikas, kas atrodas 3 miljardu gaismas gadu attālumā Aurīgas zvaigznāja virzienā.
Kopš tā atklāšanas no tā atrašanās vietas ir atklāti papildu pārrāvumi, padarot FRB 121102 par vienīgo zināmo atkārtojošās FRB piemēru. Šis atkārtojošais raksturs ļāva arī astronomiem veikt detalizētākus pētījumus par to nekā jebkurš cits FRB. Kā prof. Loebs pa e-pastu stāstīja žurnālam Space Magazine, šie un citi iemesli padarīja to par ideālu mērķi viņu pētījumam:
“FRB 121102 ir vienīgais FRB, kuram tika noteikta saimnieka galaktika un attālums. Tas ir arī vienīgais atkārtojošais FRB avots, no kura mēs tagad esam atklājuši simtiem FRB. Tā FRB radio spektrs ir koncentrēts uz raksturīgu frekvenci un neaptver ļoti plašu joslu. Tam ir liela ietekme uz šādu FRB noteikšanu, jo, lai tos atrastu, radio observatorija ir jāpielāgo to frekvencei. ”
Balstoties uz to, kas ir zināms par FRB 121102, Fialkovs un Loebs veica virkni aprēķinu, pieņemot, ka tā izturēšanās ir raksturīga visām FRB. Pēc tam viņi prognozēja, cik daudz FRB pastāvēs visā debesīs, un noteica, ka novērojamajā Visumā FRB, iespējams, notiks reizi sekundē. Fialkovs paskaidroja:
“Pieņemot, ka FRB rada noteikta veida galaktikas (piemēram, līdzīgas FRB 121102), mēs varam aprēķināt, cik daudz FRB jāražo katrai galaktikai, lai izskaidrotu esošos novērojumus (t.i., 2000 uz debesīm dienā). Paturot prātā šo skaitli, mēs varam secināt visu galaktiku populācijas ražošanas ātrumu. Šis aprēķins parāda, ka FRB notiek katru sekundi, uzskaitot visus vājos notikumus. ”
Kaut arī precīzs FRB raksturs un izcelsme joprojām nav zināma, ieteikumos ietilpst rotējošās neitronu zvaigznes un pat svešzemju intelekts! - Fialkovs un Loebs norāda, ka tos varētu izmantot Visuma uzbūves un evolūcijas izpētei. Ja patiešām tie notiek ar tik regulāru frekvenci visā kosmosā, tad attālāki avoti varētu darboties kā zondes, uz kurām astronomi paļausies, lai iemērktu kosmosa dziļumu.
Piemēram, lielos kosmiskos attālumos ir ievērojams daudzums iejaukšanās materiālu, kas astronomiem apgrūtina Kosmiskā mikroviļņu fona (CMB) - lielā sprādziena pārpalikuma - izpēti. Šī starpposma materiāla izpēte varētu novest pie jauniem aprēķiniem par to, cik blīva telpa ir - t.i., cik lielu daļu no tās veido parastā matērija, tumšā matērija un tumšā enerģija - un cik ātri tā paplašinās.
Un kā norādīja prof. Loebs, FRB varēja izmantot arī ilgstošu kosmoloģisko jautājumu izpētei, piemēram, kā beidzās Visuma “Tumšais laikmets”:
“FRB var izmantot, lai izmērītu brīvo elektronu kolonnu to avota virzienā. To var izmantot, lai izmērītu parastās vielas blīvumu starp galaktikām mūsdienu Visumā. Turklāt FRB agrīnajā kosmiskajā laikā var izmantot, lai uzzinātu, kad pirmo zvaigžņu ultravioletā gaisma sadalīja no Lielā sprādziena palikušos ūdeņraža pirmatnējos atomus to veidojošajos elektronos un protonos. ”
“Tumšo laikmetu”, kas notika no 380 000 līdz 150 miljoniem gadu pēc Lielā sprādziena, raksturoja ūdeņraža atomu “migla”, kas mijiedarbojas ar fotoniem. Tā rezultātā šī perioda starojums nav nosakāms ar mūsu pašreizējiem instrumentiem. Pašlaik zinātnieki joprojām mēģina noskaidrot, kā Visums veica pāreju starp šiem “tumšajiem laikmetiem” un nākamajiem laikiem, kad Visumu piepildīja gaisma.
Šis “reionizācijas” periods, kas notika 150 miljonus līdz 1 miljardu gadu pēc Lielā sprādziena, bija tad, kad izveidojās pirmās zvaigznes un kvazāri. Parasti tiek uzskatīts, ka Visuma pirmo zvaigžņu ultravioletā gaisma virzījās uz āru, lai jonizētu ūdeņraža gāzi (tādējādi notīrot miglu). Nesenais pētījums arī norādīja, ka melnie caurumi, kas pastāvēja agrīnajā Visumā, radīja nepieciešamos “vējus”, kas ļāva šim jonizējošajam starojumam izkļūt.
Šajā nolūkā FRB varēja izmantot, lai pārbaudītu šo agro Visuma periodu un noteiktu, kas sabojā šo “miglu” un ļāva gaismai izkļūt. Ļoti tālu FRB izpēte varētu ļaut zinātniekiem izpētīt, kur, kad un kā notika šis “reionizācijas” process. Raugoties nākotnē, Fialkovs un Loebs paskaidroja, kā nākotnes radioteleskopi spēs atklāt daudzus FRB.
"Nākotnes radio observatorijas, piemēram, kvadrātkilometru masīvs, būs pietiekami jutīgas, lai uztvertu FRB no pirmās paaudzes galaktikām novērojamā Visuma malā," sacīja prof. Loebs. "Mūsu darbs sniedz pirmo novērtējumu par radioviļņu pirmo zibšņu skaitu un īpašībām, kas iedegās zīdaiņa Visumā."
Pēc tam Britānijas Kolumbijas Dominion Radio astrofizikas observatorijā, kas nesen sāka darboties, ir Kanādas ūdeņraža intensitātes kartēšanas eksperiments (CHIME). Šie un citi instrumenti kalpos par jaudīgiem instrumentiem FRB noteikšanai, kurus savukārt varētu izmantot, lai apskatītu iepriekš neredzētos laika un telpas reģionus un atbloķētu dažus dziļākos kosmoloģiskos noslēpumus.
"Tiek secināts, ka gaidāms, ka nākamās paaudzes teleskops (ar daudz labāku jutīgumu nekā esošie) redzēs daudz vairāk FRB nekā tas, kas šodien tiek novērots," sacīja Dr. Fialkovs. “Tas ļautu raksturot FRB populāciju un noteikt to izcelsmi. Izpratne par FRB būtību būs būtisks sasniegums. Kad būs zināmas šo avotu īpašības, FRB var izmantot kā kosmiskās bākas, lai izpētītu Visumu. Viens pielietojums ir izpētīt reionizācijas vēsturi (kosmiskās fāzes pāreju, kad starpposma galaktiku jonizēja zvaigznes). ”
Tā ir iedvesmota doma, par izpētes līdzekļiem izmantojot dabiskās kosmiskās parādības. Šajā ziņā FRB izmantošana visattālāko objektu kosmosā zondei (un pēc iespējas vēlāk) ir tāda pati kā kvazāru izmantošana kā navigācijas bākas. Galu galā, pilnveidojot zināšanas par Visumu, mēs varam izpētīt vairāk tā.
