De vreemde, belachtige oorsprong van mysterieuze, recordbrekende radio-explosies

De Hubble-ruimtetelescoop onthult een vreemde geboorteplaats van een recordbrekende explosie.

• De snelle radioburst (FRB) is de krachtigste en meest verste tot nu toe
• Astronomen ontdekken dat snelle radio-uitbarstingen niet hun oorsprong vinden in één enkel sterrenstelsel, maar eerder in een groep sterrenstelsels die op weg zijn naar een mogelijke samensmelting.

In de zomer van 2022 ontdekten astronomen de krachtigste snelle radioflits (FRB) ooit waargenomen. En afkomstig van een site die halverwege teruggaat de grote explosieHet was ook de verst bekende FRB die tot nu toe is waargenomen.

Nu geleid door astronomen Noordwestelijke Universiteit We hebben de geboorteplaats van dit buitengewone object geïdentificeerd, wat werkelijk intrigerend is.

Met behulp van afbeeldingen van NASA'S Hubble-ruimtetelescooptraceerden de onderzoekers de FRB tot het niet-bestaan ​​ervan Een Galaxy maar in ieder geval een groep Zeven Sterrenstelsels. De sterrenstelsels in de cluster lijken met elkaar in wisselwerking te staan, misschien zelfs op weg naar een mogelijke fusie. Dergelijke clusters van sterrenstelsels zijn zeldzaam en hebben mogelijk de omstandigheden gecreëerd die snelle radio-uitbarstingen veroorzaken.

Deze onverwachte ontdekking zou wetenschappelijke modellen over hoe en wat FRB's produceert, kunnen uitdagen.

Een Hubble-ruimtetelescoopopname van de Melkweg met een uitzonderlijk snelle en krachtige radiostoot, FRB 20220610A. De gevoeligheid en scherpte van Hubble onthullen een compacte cluster van meerdere sterrenstelsels die mogelijk bezig zijn met samensmelten. Ze bestonden al toen het heelal nog maar 5 miljard jaar oud was. FRB 20220610A werd voor het eerst ontdekt op 10 juni 2022 door de Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) radiotelescoop in West-Australië. De Very Large Telescope van de European Southern Observatory in Chili bevestigde dat de snelle radioflits van ver weg kwam. Afbeelding tegoed: NASA, ESA, STScI, Alexa Gordon (NW)

“Zonder Hubble-beeldvorming blijft het een mysterie of deze snelle radioflits afkomstig is van een enkel homogeen sterrenstelsel of van een soort interactief systeem”, zegt Alexa Gordon van de Northwestern University, die het onderzoek leidde. “Het zijn dit soort omgevingen – deze exotische omgevingen – die ons ertoe aanzetten het mysterie van snelle radioflitsen beter te begrijpen.”

Gordon presenteerde dit onderzoek tijdens de 243e bijeenkomst van de American Astronomical Society in New Orleans, Louisiana. “Het detecteren van de meest afgelegen snelle radioburst-omgeving met behulp van de Hubble-ruimtetelescoop” op 9 januari als onderdeel van een sessie over “Hoogenergetische verschijnselen en hun oorsprong“.

Gordon is een afgestudeerde astronomiestudent aan het Weinberg College of Arts and Sciences van de Northwestern University, waar ze werd geadviseerd door co-auteur van het onderzoek Wen-Fei Fong, universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie. Fung en Gordon zijn ook lid van het Center for Interdisciplinaire Exploration and Research in Astrophysics (CIERA).

Geboorte uit een bubbel?

Snelle radioflitsen (FRB's) flitsen op en verdwijnen binnen milliseconden. Het zijn korte, krachtige radioflitsen die in één snelle uitbarsting meer energie genereren dan onze zon in een heel jaar uitzendt. De recordbrekende fast radio burst (FRB) (genaamd FRB 20220610A) was zelfs nog extremer dan zijn voorgangers.

Niet alleen was het vier keer actiever dan de dichtstbijzijnde FRB, het was ook de meest afgelegen FRB die tot nu toe was ontdekt. Toen FRB 20220610A ontstond, was het heelal slechts 5 miljard jaar oud. (Ter vergelijking: het universum is nu 13,8 miljard jaar oud.)

Een Hubble-ruimtetelescoopopname van de Melkweg met een uitzonderlijk snelle en krachtige radiostoot, FRB 20220610A. De gevoeligheid en scherpte van Hubble onthullen een compacte cluster van meerdere sterrenstelsels die mogelijk bezig zijn met samensmelten. Ze bestonden al toen het heelal nog maar 5 miljard jaar oud was. FRB 20220610A werd voor het eerst ontdekt op 10 juni 2022 door de Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) radiotelescoop in West-Australië. De Very Large Telescope van de European Southern Observatory in Chili bevestigde dat de snelle radioflits van ver weg kwam. Afbeelding tegoed: NASA, ESA, STScI, Alexa Gordon (NW)

Bij vroege waarnemingen leek de explosie te zijn ontstaan ​​nabij een ongeïdentificeerde amorfe bel, waarvan astronomen aanvankelijk dachten dat het een enkel onregelmatig sterrenstelsel was of een groep van drie verre sterrenstelsels. Maar in een nieuwe ontwikkeling geven duidelijke beelden gemaakt door Hubble nu aan dat de klodder uit minstens zeven sterrenstelsels kan bestaan ​​die zich dicht bij elkaar bevinden. In feite staan ​​de sterrenstelsels zo dicht bij elkaar dat ze allemaal in ons eigen sterrenstelsel zouden kunnen passen Melkweg.

“Er zijn aanwijzingen dat groepsleden met elkaar interacteren,” zei Fong. “Met andere woorden: ze kunnen van commercieel materiaal zijn of misschien op weg zijn om samen te smelten. Deze clusters van sterrenstelsels (compacte clusters genoemd) zijn ongelooflijk zeldzame omgevingen in het universum en zijn de dichtste galactische structuren die we kennen.”

“Deze interactie zou uitbarstingen van stervorming kunnen veroorzaken,” zei Gordon. “Dit zou erop kunnen wijzen dat de voorouder van FRB 20220610A in verband werd gebracht met een vrij recente populatie sterren, wat overeenkomt met wat we van andere FRB’s hebben geleerd.”

“Hoewel tot nu toe honderden FRB-gebeurtenissen zijn gedetecteerd, is slechts een klein deel daarvan in kaart gebracht op hun gaststelsels”, zegt co-auteur Yuexin (Vic) Dong, een NSF-afgestudeerd onderzoeker en gepromoveerd in de astronomie. student in het laboratorium van Fung en lid van CIERA. “Binnen deze kleine fractie kwamen er maar een paar uit de dichte galactische omgeving, maar geen enkele is in zo'n compacte groep gezien. Hun geboorteplaats is dus echt zeldzaam.”

Mysterieuze explosies

Hoewel astronomen maar liefst duizend snelle radioflitsen hebben gedetecteerd sinds ze voor het eerst werden gedetecteerd in 2007, blijven de bronnen achter de verblindende flitsen grotendeels onzeker. Hoewel astronomen nog geen consensus hebben bereikt over de mogelijke mechanismen achter FRB's, zijn ze het er in het algemeen over eens dat FRB's een compact object moeten omvatten, zoals een FRB. Zwart gat of Neutronenster.

Door de ware aard van snelle radioflitsen te onthullen, konden astronomen niet alleen meer leren over mysterieuze verschijnselen, maar ook over de ware aard van het universum zelf. Wanneer radiogolven van snelle radio-uitbarstingen eindelijk onze telescopen ontmoeten, zullen ze miljarden jaren hebben gereisd vanuit het verre, vroege universum. Tijdens deze reis door het universum gaan ze onderweg in interactie met materialen.

“Vooral radiogolven zijn gevoelig voor materiaal dat zich langs de gezichtslijn bevindt – van de FRB-locatie naar ons,” zei Fung. “Dit betekent dat de golven door elke wolk van materiaal rond de plaats van de snelle radio-uitbarsting moeten reizen, door het gaststelsel, door het universum en uiteindelijk door de Melkweg. Door de tijdsvertraging in het FRB-signaal zelf kunnen we meet de som van al deze bijdragen.”

Om FRB’s en hun oorsprong verder te onderzoeken, moeten astronomen er meer van ontdekken en bestuderen. Naarmate de technologie steeds gevoeliger wordt, staan ​​er volgens Gordon meer ontdekkingen op stapel – en misschien zelfs de opname van ongelooflijk zwakke, snelle radioflitsen.

“Met een grotere steekproef van verre FRB's kunnen we beginnen met het bestuderen van de evolutie van FRB's en hun gastheerkenmerken door ze te koppelen aan nabijgelegen FRB's en misschien zelfs beginnen met het identificeren van meer exotische groepen,” zei Dong.

“In de nabije toekomst zullen FRB-experimenten hun gevoeligheid vergroten, wat zal leiden tot een ongekend aantal FRB’s die op deze afstanden worden gedetecteerd”, aldus Gordon. “Astronomen zullen snel leren hoe uniek de omgeving van deze snelle radioflits is.”

Referentie: “Snelle radio-uitbarsting in een compacte cluster van sterrenstelsels op Z “~1” Geschreven door Alexa C. Gordon, Wen-fai Fong, Sunil Simha, Yuxin Dong, Charles D. Kilpatrick, Adam T. Deller, Stuart D. Ryder, Tarraneh Eftekhari, Marcin Glowacki, Lachlan Marnoch, August R. Muller , Anya E. Nugent, Antonella Palmez, J. Xavier Prochaska, Mark Ravelski, Ryan M. Shannon en Nicholas Tychos, 17 november 2023, Astrofysica > Astrofysica van sterrenstelsels.
arXiv:2311.10815

De studie werd ondersteund door de National Science Foundation (prijsnummers AST-1909358, AST-2047919 en AST-2308182), de David and Lucile Packard Foundation, de Alfred P. Sloan Foundation, de Research Foundation for the Advancement of Science en NASA ( onderscheidingsnummer GO-17277). Astronomen ontdekten FRB 20220610A voor het eerst met behulp van de Australian Square Kilometre Array Pathfinder Radio Telescope in West-Australië en bevestigden vervolgens de oorsprong ervan bij het European Southern Observatory. Zeer grote telescoop In Chili.