Kun tähtitieteilijät huomasivat ensimmäistä kertaa nopean radiopuhelun (FRB) havaitsemisen vuonna 2007 (tunnetaan myös nimellä Lorimer Burst), he olivat sekä järkyttyneitä että kiinnostuneita. Tämä korkean energian radiopulssien purske, joka kesti vain muutaman millisekunnin, näytti tulevan galaksiamme ulkopuolelta. Siitä lähtien tähtitieteilijät ovat löytäneet todisteita monista FRB: eistä aiemmin tallennetuista tiedoista ja spekuloivat edelleen niiden syistä.
Myöhempien löytöjen ja tutkimuksen ansiosta tähtitieteilijät tietävät nyt, että FRB: t ovat paljon yleisempiä kuin aiemmin ajateltiin. Itse asiassa Harvard-Smithsonian Astrofysiikan keskuksen (CfA) tutkijaryhmän uuden tutkimuksen mukaan FRB: tä voi esiintyä kerran sekunnissa havaittavissa olevassa universumissa. Jos totta, FRB: t voivat olla tehokas työkalu kosmoksen alkuperän ja evoluution tutkimiseen.
Tutkimus, jonka otsikko on "Nopea radiopurske tapahtuu joka sekunti koko havaittavissa olevassa maailmankaikkeudessa", ilmestyi äskettäin The Astrophysical Journal Letters. Tutkimusta johti postdoc-tutkija Anastasia Fialkov ja tutkijatohtori CfA: n teoria- ja laskentainstituutissa (ITC). Hänen kanssaan liittyivät professori Abraham Loeb, ITC: n johtaja ja Frank B. Baird, Jr. Harvardin tiedeprofessori.
Kuten todettiin, FRB-yhdisteet ovat jääneet salaperäiseksi ensimmäisten löytöjen jälkeen. Niiden syyt eivät vain jää tuntemattomiksi, mutta paljon heidän todellisesta luonteestaan ei vieläkään ymmärretä. Kuten tohtori Fialkov kertoi Space Magazinelle sähköpostitse:
”FRB: t (tai nopea radiopurske) ovat astrofysikaalisia signaaleja, joita ei ole määritelty. Havaitut purskeet ovat lyhyitä (tai millisekunnin kestoa), kirkkaita pulsseja sähkömagneettisen spektrin radioosassa (GHz-taajuuksilla). Tähän mennessä on havaittu vain 24 pursketta, emmekä vieläkään tiedä varmasti, mitkä fysikaaliset prosessit laukaisevat ne. Todennäköisin selitys on, että ne laukaistaan pyörivillä magnetoiduilla neutronitähteillä. Tämä teoria on kuitenkin vahvistettava. ”
Fialkov ja Loeb vetoivat tutkimuksensa vuoksi toistuvan nopean radiopuhelun useiden kaukoputkien tekemiin havaintoihin, jotka tunnetaan nimellä FRB 121102. Tätä tutkijaa havaittiin ensimmäisen kerran vuonna 2012 Puerto Ricossa Arecibon radioteleskooppia käyttäneellä tutkijalla, ja siitä lähtien se on ollut vahvistettiin tulevan galaksista, joka sijaitsee 3 miljardin valovuoden päässä Auriga-tähdistön suuntaan.
Sen jälkeen, kun se löydettiin, sen sijainnista on havaittu lisäpurskeita, mikä tekee FRB 121102: stä ainoan tunnetun esimerkin toistuvasta FRB: stä. Tämän toistuvan luonteen ansiosta tähtitieteilijät ovat voineet suorittaa yksityiskohtaisempia tutkimuksia siitä kuin mikään muu FRB. Kuten professori Loeb kertoi Space Magazinelle sähköpostitse, nämä ja muut syyt tekivät siitä ihanteellisen kohteen heidän tutkimukselleen:
”FRB 121102 on ainoa FRB, jolle isäntägalaksi ja etäisyys tunnistettiin. Se on myös ainoa toistuva FRB-lähde, josta havaitsimme jo satoja FRB: itä. Sen FRB: n radiospektri on keskittynyt tunnusomaiselle taajuudelle eikä kata kovin laajaa kaistaa. Tällä on tärkeitä vaikutuksia tällaisten FRB: ien havaitsemiseen, koska radion observatorio on viritettävä niiden taajuudelle löytääkseen ne. "
Fialkov ja Loeb suorittivat laskelmasarjan FRB 121102: sta tiedetyn tietojen perusteella sarjan laskelmista, joiden perusteella oletettiin, että sen käyttäytyminen edustaa kaikkia FRB: tä. Sitten he ennustivat kuinka monta FRB: tä olisi olemassa koko taivaalla ja päättivät, että havaittavissa olevan maailmankaikkeuden alueella FRB tapahtuu todennäköisesti kerran sekunnissa. Fialkov selitti:
”Jos oletetaan, että FRB: tä tuottavat tietyn tyyppiset galaksit (esimerkiksi samanlainen kuin FRB 121102), voidaan laskea kuinka monta FRB: tä jokaisessa galaksissa on tuotettava olemassa olevien havaintojen selittämiseksi (ts. 2000 / taivas / päivä). Tätä lukua ajatellen voimme päätellä tuotannonopeuden koko galaksien populaatiolle. Tämä laskelma osoittaa, että FRB tapahtuu joka toinen, kun kaikki heikot tapahtumat kirjataan. ”
Vaikka FRB: ien tarkka luonne ja alkuperä ovat edelleen tuntemattomat - ehdotuksiin sisältyy pyörivät neutronitähdet ja jopa ulkomaalainen älykkyys! - Fialkov ja Loeb osoittavat, että niitä voitaisiin käyttää tutkimaan maailmankaikkeuden rakennetta ja evoluutiota. Jos niitä todellakin esiintyy sellaisella säännöllisellä taajuudella koko kosmossa, niin kauempana olevat lähteet voisivat toimia koettimina, joihin tähtitieteilijät luottavat sitten koskettamaan avaruuden syvyyksiä.
Esimerkiksi laajoilla kosmisilla etäisyyksillä on huomattava määrä väliintuloainetta, mikä vaikeuttaa tähtitieteilijöiden tutkimusta kosmisesta mikroaaltotaustasta (CMB) - Suuresta räjähdyksestä jäljellä olevaa säteilyä. Tämän väliintulomateriaalin tutkimukset voivat johtaa uusiin arvioihin siitä, kuinka tiheä tila on - ts. Kuinka suuri osa se koostuu tavallisesta aineesta, tummasta aineesta ja tummasta energiasta - ja kuinka nopeasti se laajenee.
Ja kuten professori Loeb totesi, FRB: tä voidaan käyttää myös tutkimaan kestäviä kosmologisia kysymyksiä, kuten kuinka maailmankaikkeuden ”Dark Age” päättyi:
”FRB: itä voidaan käyttää mittaamaan vapaiden elektronien pylvästä kohti lähdeään. Tätä voidaan käyttää normaalin aineen tiheyden mittaamiseen nykypäivän maailmankaikkeuden galaksien välillä. Lisäksi varhaisissa kosmisissa aikoina käytetyillä FRB-yhdisteillä voidaan selvittää, milloin ensimmäisten tähteiden ultraviolettivalo hajosi isosta räjähdyksestä jäljelle jääneet vetyatomiset alkioelektroneihin ja protoneihin. "
380 000 - 150 miljoonan vuoden kuluttua Isosta räjähdyksestä tapahtuneelle "pimeälle iälle" oli tunnusomaista fotonien kanssa vuorovaikutuksessa olevien vetyatomien "sumu". Tämän seurauksena tämän ajanjakson säteily ei ole havaittavissa nykyisillä instrumenteillamme. Tällä hetkellä tutkijat yrittävät edelleen selvittää, kuinka maailmankaikkeus teki siirtymisen näiden ”pimeiden aikakausien” ja seuraavien aikakausien välillä, kun maailmankaikkeus oli täynnä valoa.
Tämä "uudelleenistumisen" jakso, joka tapahtui 150 miljoonasta miljardiin vuoteen Ison räjähdyksen jälkeen, oli silloin, kun ensimmäiset tähdet ja kvaasarit muodostuivat. Yleisesti uskotaan, että maailmankaikkeuden ensimmäisten tähtien UV-valo kulki ulospäin vetykaasun ionisoimiseksi (puhdistaen siten sumun). Äskettäinen tutkimus ehdotti myös, että varhaisessa maailmankaikkeudessa esiintyneet mustat aukot loivat tarvittavat “tuulet”, jotka sallivat tämän ionisoivan säteilyn paeta.
Tätä varten FRB: itä voidaan käyttää koettamaan tätä maailmankaikkeuden varhaista jaksoa ja määrittämään, mikä hajotti tämän “sumun” ja antoi valon paeta. Hyvin etäisten FRB-yhdisteiden tutkiminen voisi antaa tutkijoille mahdollisuuden tutkia missä, milloin ja miten tämä ”uudelleenionisoitumisprosessi” tapahtui. Tulevaisuuteen Fialkov ja Loeb selittivät, kuinka tulevaisuuden radioteleskoopit kykenevät löytämään monia FRB: itä.
"Tulevat radion observatoriat, kuten neliökilometrimallijärjestelmä, ovat riittävän herkkiä havaitsemaan ensimmäisen sukupolven galaksien FRB: t havaittavissa olevan maailmankaikkeuden reunalla", sanoi professori Loeb. "Työmme tarjoaa ensimmäisen arvion lasten universumissa syttyneiden ensimmäisten radioaaltojen välähdyksien lukumäärästä ja ominaisuuksista."
Ja sitten siellä on Kanadan vetyvoimakkuuden kartoituskoe (CHIME) Dominion Radio Astrophysical Observatory -keskuksessa Brittiläisessä Kolumbiassa, joka aloitti toiminnan äskettäin. Nämä ja muut instrumentit toimivat tehokkaina välineinä FRB: n havaitsemiseksi, joita puolestaan voidaan käyttää aikaisemmin näkymättömien ajan ja tilan alueiden tarkasteluun ja joidenkin syvimpien kosmologisten mysteerien avaamiseen.
"[W] havaitaan, että seuraavan sukupolven teleskoopin (jolla on paljon parempi herkkyys kuin nykyisillä) odotetaan näkevän paljon enemmän FRB: itä kuin mitä nykyään havaitaan", tohtori Fialkov sanoi. ”Tämän avulla voitaisiin karakterisoida FRB: n väestö ja tunnistaa niiden alkuperä. FRB-yhdisteiden luonteen ymmärtäminen on merkittävä läpimurto. Kun näiden lähteiden ominaisuudet ovat tiedossa, FRB: itä voidaan käyttää kosmisina majakoina tutkimaan maailmankaikkeutta. Yksi sovellus on tutkia reionisaation historiaa (kosmisen vaiheen siirtyminen, kun galaktien välistä kaasua ionisoivat tähdet). "
Se on innoitettu ajatus, jossa käytetään luonnollisia kosmisia ilmiöitä tutkimusvälineinä. Tässä suhteessa FRB: ien käyttäminen avaruudessa kaikkein kauimpana olevien esineiden koettamiseksi (ja niin pitkälle taaksepäin kuin mahdollista) on kuin kvasaarien käyttäminen navigointimajakoina. Loppujen lopuksi tietojemme kehittäminen maailmankaikkeudesta antaa meille mahdollisuuden tutkia enemmän sitä.
