Các vụ nổ đài phát thanh nhanh: manh mối đến bí ẩn

Các vụ nổ đài phát thanh nhanh: manh mối đến bí ẩn

Konstantin Postnov,
Tiến sĩ Phys-Mat. Sci., Giáo sư, Khoa Vật lý thiên văn và Sao Thiên văn học, Khoa Thiên văn học, Khoa Vật lý, MSU
"Tùy chọn Trinity" №1 (220), ngày 17 tháng 1 năm 2017

Konstantin Postnov

Năm 2007, một trong những hiện tượng bí ẩn nhất trong vật lý thiên văn hiện đại đã được phát hiện: các vụ nổ radio nhanh (FRB). Dữ liệu đầu tiên được tìm thấy trong dữ liệu lưu trữ từ kính viễn vọng vô tuyến Parks (Úc) —một phần nghìn giây phát xạ vô tuyến cường độ cao, có sự phụ thuộc rất lớn vào sự chậm trễ tín hiệu trên tần số. Sự phụ thuộc này được gọi là thước đo phân tán, nó xảy ra khi tín hiệu vô tuyến truyền trong không gian giữa các vì sao và plasma giữa các thiên hà và tỷ lệ thuận với mật độ của thành phần điện tử được tích hợp dọc theo đường ngắm.

Tác giả của phát hiện này, Duncan Lorimer, đã gợi ý rằng nguồn này rất có thể là một đối tượng ngoài vũ trụ, ở khoảng cách hàng trăm triệu Megapec. Một vài năm sau, các nhà thiên văn học vô tuyến phát hiện ra các vụ nổ tương tự với các tính chất tương tự, và rõ ràng đây là một lớp toàn bộ các hiện tượng thiên văn mới. Bây giờ chúng được biết đến khoảng 20, và phân tích thống kê cho thấy số lượng các vụ nổ vô tuyến nhanh mỗi ngày trên bầu trời phải là hàng nghìn!

Nhưng câu hỏi vẫn còn – họ đến từ đâu? Các nguồn gần đó trong thiên hà, ở các thiên hà lân cận hoặc thậm chí ở khoảng cách vũ trụ hàng tỷ năm ánh sáng? Tính chính xác của việc bản địa hóa các vụ nổ radio nhanh trên bầu trời cho đến nay vẫn còn thấp – một vài độ vuông. Tìm kiếm một nguồn trên một khu vực như vậy, bên cạnh việc không biết nó nên như thế nào, là một nhiệm vụ vô vọng.

Kính viễn vọng vô tuyến "Công viên" ở Úc, trong dữ liệu mà FRB đầu tiên được tìm thấy. Ảnh của John Sarkissian (Đài thiên văn CSIRO Parkes)

Tính duy nhất của họ là gì? Thời gian ngắn và cường độ cao cho biết nhiệt độ độ sáng khổng lồ của bức xạ tại nguồn. Loại phát xạ vô tuyến này chỉ được biết đến từ những “siêu xung” siêu nhỏ của các pulsar trẻ (ví dụ, Cua), mà bản chất của nó cũng không rõ ràng. Hiện nay, hàng trăm bài báo đã được viết về bản chất của các vụ nổ ngắn (FRB) và hàng chục giả thuyết đã được đưa ra, từ hoàn toàn tự nhiên (ví dụ, liên quan đến các quá trình nổ gần sao neutron, arXiv: 1307.4924, arXiv: 1401.6674). "các cụm nhỏ axion", arXiv: 1411.3900) hoặc thậm chí (cho đến nay) tuyệt vời (ví dụ, các chùm vô tuyến,được sử dụng bởi các nền văn minh ngoài trái đất để phân tán "cánh buồm không gian" để di chuyển trong không gian liên hành tinh và giữa các vì sao, arXiv: 1701.01109).

Lần phát thanh nhanh đầu tiên được tìm thấy trong dữ liệu đã lưu trữ. Theo chiều dọc – tần suất, theo chiều ngang – thời gian tính bằng mili giây. Tín hiệu Surge – sọc đen. Ở tần số thấp, tín hiệu đến sau vì sự phân tán sóng radio trong môi trường có các electron tự do. Trên thanh bên – hồ sơ thời gian tín hiệu ở tần số cố định. Hình từ bài viết Larimer et al., ArXiv: 0709.4301

Tình hình với các vụ nổ radio nhanh rất giống với câu chuyện về các vụ nổ gamma theo toa trong gần nửa thế kỷ. Sau đó, quá, không thể tìm thấy các nguồn do nội địa hóa kém, cũng không biết quy mô của khoảng cách với họ. Vào đầu những năm 1990, quan điểm đã thống trị rằng các nguồn nằm trong Galaxy. Nhưng số liệu thống kê của họ, được thu thập bởi đài quan sát gamma Compton, đã nói về thực tế rằng các vụ nổ tia gamma đến từ khoảng cách vũ trụ tương đương với khoảng cách tới chân trời của vũ trụ.

Nhân dịp này, một cuộc tranh luận thú vị giữa Don Lamb (Donald Q. Lamb), người theo giả thuyết thiên hà, và Bohdan Paczynski, người bảo vệ nguồn gốc vũ trụ của vụ nổ gamma, đã diễn ra tại Thư viện Quốc hội năm 1995.Sau đó, không ai giành được một chiến thắng rõ ràng, nhưng vào năm 1996 câu đố đã được giải quyết. Chúng tôi tìm thấy hào quang quang của vụ nổ, trùng với một thiên hà xa xôi với một sự dịch chuyển đỏ lớn. Sau đó, ngày càng nhiều – tất cả đều ở khoảng cách vũ trụ. Chìa khóa cho giải pháp là xác định tọa độ của nguồn với độ chính xác của trắc địa.

Astrometry là khu vực thiên văn chính xác nhất; xác định tọa độ của các thiên thể và chuyển động có thể nhìn thấy của chúng là một trong những nhiệm vụ chính của nó. Các tọa độ được xác định chính xác nhất bằng cách sử dụng phép đo giao thoa, đặc biệt là trong phạm vi vô tuyến, nơi cơ sở có thể so sánh với kích thước của Trái Đất, và trong các thí nghiệm không gian (Radioastron) thậm chí lớn hơn hàng chục lần.

Trong một thời gian dài, nó vẫn là một vấn đề để nắm bắt một vụ nổ radio sử dụng giao thoa kế do trường nhìn hẹp. Và vào ngày 4 tháng 1 năm 2017 trên tạp chí Thiên nhiên Một nhóm lớn các nhà thiên văn vô tuyến (S. Chatterjee và cộng sự., ArXiv: 1701.01098) đã báo cáo bản địa hóa “astrometric” cuối cùng của một trong những nguồn xung ngắn FRB 121102 sử dụng các quan sát giao thoa vô tuyến trên ăng ten VLA và kính thiên văn radio 305 mét ở Arecibo (Mỹ).

Các nhà thiên văn học đã lợi dụng thực tế rằng nguồn cụ thể này được lặp đi lặp lại- trong vòng 83 giờ quan sát trên VLA trong băng tần 2,5-3,5 GHz, trong vòng sáu tháng, 9 vụ nổ sáng ngắn có cùng độ phân tán được ghi lại. Độ chính xác nội địa hóa là khoảng 0,1 giây góc (đây là độ chính xác của các quan sát quang học tốt nhất).

Hóa ra là gần nguồn FRB lặp lại (ở khoảng cách 0,1 giây của vòng cung), có một nguồn radio gần như không đổi liên tục với phổ không liên tục nhiệt. Theo dữ liệu quan sát lưu trữ năm 2014, một vật thể cố định yếu của khoảng 25 độ lớn đã được tìm thấy tại nguồn tại nguồn kính thiên văn Kek dài 10 mét và kính viễn vọng Gemini.

Các quan sát tương quan vô tuyến bổ sung với cơ sở siêu dài (VLBI) trên mạng kính thiên văn vô tuyến châu Âu với độ chính xác mili giây đã xác nhận kết quả của VLA (arXiv: 1701.01099) và cho thấy nguồn không đổi và nguồn FRB được tách ra ít hơn 0.12 mili giây. Điều này xác nhận kết nối vật lý có thể của họ.

Quang phổ nguồn quang tại kính viễn vọng Bắc Gemini (Hawaii) cho thấy (arXiv: 1701.01100) rằng bức xạ quang là một thiên hà lùn yếu với sự dịch chuyển đỏ z = 0,1927 (khoảng cách khoảng 1 Gpc),với khối lượng từ 40-70 triệu khối lượng Mặt trời, với tỷ lệ hình thành sao cụ thể cao và độ kim loại thấp, tương tự như các thiên hà lùn trẻ với đèn flash starburst.

Kết luận từ những khám phá này là gì? Đầu tiên, bản chất extragalactic (ít nhất là điều này!) Trong số các nguồn FRB được xác nhận. Thứ hai, một nguồn phát thanh thứ hai vĩnh viễn được tìm thấy với một phổ không nhiệt mà không thể xác định được với các nguồn đã biết (ví dụ, một sao từ tính neutron trẻ hoặc lõi của một thiên hà đang hoạt động). Thứ ba, nguồn được đặt chính xác trong một thiên hà lùn có độ kim loại thấp và tỷ lệ hình thành sao cao.

Rõ ràng, những sự kiện này tự tin từ chối một số mô hình vật lý, nhưng vẫn không cho phép một câu trả lời rõ ràng cho câu hỏi về bản chất của FRB và phát xạ vô tuyến bất thường của chúng. Có lẽ, trong tương lai gần, các quan sát mới sẽ cho phép các nhà thiên văn học làm sáng tỏ bí ẩn của các nguồn phát sóng radio ngắn – chờ kết quả mới!


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: