Ontgrendelt het vreemde mysterie van snelle radioflitsen

Dit werk toont aan dat nieuwe telescopen met unieke mogelijkheden zoals de ATA een nieuw perspectief kunnen bieden op een van de grote mysteries in de FRB-wetenschap.

Een team van wetenschappers van het SETI Instituut heeft nieuwe inzichten vrijgegeven in een kosmisch mysterie genaamd Fast Radio Bursts (FRBs). De ontdekking en gedetailleerde observatie van zich herhalende FRB 20220912A aan de Advanced Allen Telescope Array (ATA) van het SETI Instituut werpt licht op de aard van deze ruimtesignalen.

FRB’s zijn korte, intense flitsen van radiogolven vanuit de verre ruimte. Hoewel de meeste slechts één keer voorkomen, zenden sommige ‘repeaters’ signalen meer dan eens uit, wat de intriges van het begrijpen van hun oorsprong vergroot. In 541 uur observatie ontdekten de onderzoekers 35 FRB’s van repeater FRB 20220912A. Waarnemingen met behulp van ATA bestreken een breed radiofrequentiebereik en brachten fascinerende patronen aan het licht. Alle 35 FRB’s werden waargenomen in het lagere deel van het frequentiespectrum, elk met zijn eigen unieke energiesignatuur.

Dynamische spectra (of “waterval” -grafieken) voor alle bursts van FRB 20220912A werden gedetecteerd met behulp van de Allen-telescooparray, frequentiegemiddelde pulsprofielen en tijdgemiddelde spectra.
De rood gearceerde gebieden in de tijdreeksgrafieken geven de duur van de gedefinieerde uitbarsting aan, terwijl de rode verticale lijnen de aangrenzende uitbarsting aangeven. Krediet: SETI Instituut

Inzichten uit de observaties van het SETI Instituut

“Dit werk is opwindend omdat het zowel de bevestiging biedt van bekende FRB-eigenschappen als de ontdekking van enkele nieuwe”, zegt dr. zei Sophia Sheikh, NSF MPS-Ascend Postdoctoral Fellow en hoofdauteur. ‘We beperken de bron van FRB’s bijvoorbeeld tot extreme objecten zoals magneten, maar geen enkel bestaand model kan alle tot nu toe waargenomen eigenschappen verklaren. Het is opwindend om deel uit te maken van de eerste FRB-studie die is uitgevoerd met ATA – nieuwe telescopen met Unieke mogelijkheden zoals die van ATA zullen licht werpen op grote mysteries in de FRB-wetenschap. Dit werk laat zien dat er een nieuwe invalshoek kan worden geboden.

Gedetailleerde bevindingen, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society (MNRAS), tonen intrigerend gedrag van FRB’s. Deze mysterieuze signalen vertonen neerwaartse frequentieafwijkingen, een koppeling tussen hun amplitude en middenfrequentie, en veranderingen in de burst-duur in de loop van de tijd. Het team merkte ook iets op dat nog niet eerder was gerapporteerd: een significante daling van de centrale frequentie van uitbarstingen gedurende twee maanden observatie, waardoor een onverwacht kosmisch schuiffluit werd onthuld.

Twee FRB 20220912A-datasetparameters – centrale frequentie en bandbreedte – worden in de loop van de tijd uitgezet in de MJD, vanaf het begin van de campagne tot het einde van de campagne (ongeveer 60 dagen). Paneel a) geeft aan dat de centrale frequentie van de FRB afneemt door de voortplanting (resten van de pasvorm en lagere niet-parametrische geleiding worden hieronder in blauw weergegeven). Paneel b) toont dezelfde afname in de tijd voor bandbreedte. Krediet: SETI Instituut

Bovendien gebruikten de onderzoekers deze waarnemingen om het afkappunt voor heldere uitbarstingen van FRB 20220912A te voorspellen, wat de bijdrage ervan aan de algehele kosmische signaalsnelheid aangeeft. In feite was dit specifieke object tijdens deze waarnemingen verantwoordelijk voor een paar procent van alle sterkste FRB’s aan de hemel.

De studie onderzocht ook de tijdpatronen van burst-reeksen, op zoek naar herhalingen binnen en tussen FRB’s. Er werden geen duidelijke patronen waargenomen, wat de onvoorspelbaarheid van deze hemelse gebeurtenissen benadrukt.

Onderdeel van de Allen-telescoopserie

Dit werk demonstreert de sleutelrol van ATA bij het ontcijferen van de mysteries van FRB’s. ATA heeft het unieke vermogen om tegelijkertijd een groot aantal frequentiekanalen op te nemen, zelfs als deze ver uit elkaar liggen. Sommige frequenties zijn bijvoorbeeld erg hoog en andere erg laag. Dit maakt directe experimenten mogelijk wanneer de FRB arriveert om te controleren wat de FRB tegelijkertijd doet op hoge en lage frequenties. De huidige upgrades beloven nog meer mogelijkheden en zien tegelijkertijd zwakke FRB’s op nog hogere frequenties, waardoor ATA voorop blijft lopen bij het bevorderen van ons begrip van FRB’s.

Allen Telescope Array (ATA) bij Hat Creek Radio Astronomy Observatory in Californië, VS. ATA wordt beheerd door het SETI Institute en is ontworpen als een instrument voor het zoeken naar technosignaturen, een krachtige faciliteit voor de studie van transiënten. Krediet: Joe Marfia

“Het is opwindend om te zien dat ATA zich drie jaar na de start van het upgradeprogramma bezighoudt met FRB-onderzoek”, zegt Dr. Wale Farah, ATA-projectwetenschapper en co-auteur van het SETI Instituut. “ADA heeft unieke mogelijkheden die bij veel onderzoeksinspanningen worden gebruikt, waaronder snelle interpolatie.”

Deze baanbrekende ontdekking markeert een belangrijke stap in de voortdurende zoektocht naar het ontrafelen van de geheimen van extreme materie in het universum. Terwijl wetenschappers het universum blijven verkennen, brengt elk uniek kenmerk dat we ontdekken ons dichter bij het begrijpen van de oorsprong en aard van deze fascinerende kosmische signalen.

Opmerking: Sophia Z.David R. DeBoer, Vishal Gajjar, Bill Karn, Jamar Kidling, Wenbin Lu, Mark Masters, Pranav Premnath, Sarah Scholtz, Carol Shumaker, Gurmehar Singh en Michael Snodgrass, geaccepteerd Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.
arXiv:2312.07756