Ismeretlenek távoli galaxisokból bombázzák a Földet

Ausztrál csillagászok megütötték a kozmikus főnyereményt: rövid időn belül nagy számban találtak gyors rádiókitöréseket. E hatalmas erejű kozmikus jelenségeket még ma sem értik teljesen a kutatók, az új fejlemények ugyanakkor közelebb vihetik őket a források megtalálásához és azonosításához. A jelek detektálásáról, a távolságok meghatározásának technikájáról és a kutatómunka további lépéseiről a felfedezést tevő csillagászcsoport egyik tagját kérdeztük.

A gyors rádiókitörések (FRB-k) kozmikus rádióhullámok rövid ideig tartó, nagyon erős löketei. A számítások arról árulkodnak, hogy keletkezésükhöz akkora energiára van szükség, mint amennyit a Nap 80 éves működése során termel. Felfedezésük 2007-ben valódi szenzációnak számított, azóta pedig – hála a fejlett rádióteleszkópoknak és a csillagászok kitartásának – egyre többet találnak belőlük. Kétség sem férhet hozzá, hogy a legnagyobb sikert az ausztrál Nemzetközi Rádiócsillagászati Kutatóközpont (ICRAR) könyvelheti el, amely egy év alatt 20 FRB-t dokumentált.

Az általunk felfedezett gyors rádiókitörések alig néhány milliszekundumig tartottak és nagymértékű szóródást mutattak

– mondta az Origónak dr. Jean-Pierre Macquart, az ausztrál Curtin University munkatársa, a Nature magazinban megjelent publikáció társszerzője. A szakértő szerint egyik jel sem ismétlődött, dacára annak, hogy az eddiginél modernebb technikával, átlagosan harminc napig figyelték az egyes rádiókitöréseket (az eddig felfedezett 60 FRB közül mindössze egynél figyeltek meg ismétlődést).

Forrás: OzGrav, Swinburne University of Technology

Mik (vagy kik) küldhették a rádiójeleket?

Akik abban reménykedtek, hogy egy idegen civilizáció keresné a kapcsolatot velünk, sajnos ezúttal is csalódniuk kell, Macquart véleménye alapján ennek a valószínűsége a legkisebb.

Jelen pillanatban több mint 30 különféle teória próbálja magyarázni a jelenség hátterét, ezeket pár mondatban lehetetlen feladat összefoglalni.

Bizonyos elméletek alapján fiatal pulzárok (gyorsan forgó neutroncsillagok) bocsájtják ki a kitöréseket, mások szerint magnetárok (hihetetlen erejű mágneses mezővel bíró neutroncsillagok) állnak a háttérben, de szóba jöhetnek még összeolvadó neutroncsillagok, és így tovább" – magyarázta Macquart.

A kutató szerint az egyik legnagyobb eredmény, hogy első ízben sikerült képet alkotni a rádiókitörések forrásainak távolságáról, és így alaposabban megértették a kitörések energetikáját is.

Számos korábbi elmélet azt feltételezte, hogy az FRB-k viszonylag közel vannak a Tejútrendszerhez, az új ismeretek fényében viszont el kell vetni a régebbi nézeteket.

Forrás: OzGrav, Swinburne University of Technology

Az ausztrál szuperteleszkóp képességei nélkülözhetetlennek bizonyultak

Az, hogy egy év alatt ennyi kitörést sikerült detektálni, az Ausztrál SKA helykereső (angolul Australian SKA Pathfinder; ASKAP) teleszkóphálózatnak köszönhető. A 6 kilométeres körzetben elterülő, 36 antennából álló kutatóeszköz olyan újfajta technológiát alkalmaz (fázisolt ellátóhálózat), aminek eredményeképpen minden egyes távcső látómezeje az eredeti harminchatszorosára növekszik. A rendszer tulajdonképpen úgy viselkedik, mintha egyetlen 6 kilométer tányérátmérőjű óriástávcső lenne, szögfelbontása is ennek megfelelően kiváló.

Ha az égbolt nagyobb részét vagy képes egyszerre tanulmányozni, több rádiókitörést fogsz fellelni

– mondta Macquart. – „Úgy hisszük, az ég egészét tekintve legkevesebb 3000 kitörést tudnánk detektálni, sajnos azonban ezek helyét és idejét képtelenek vagyunk megjósolni, emiatt csupán azt tehetjük, hogy az égbolt minél nagyobb szeletét próbáljuk egy időben tanulmányozni."

Forrás: OzGrav, Swinburne University of Technology.

Honnan tudták a csillagászok, hogy milyen messziről származnak a jelek?

A távolság meghatározását az tette lehetővé, hogy a kutatók összefüggést találtak a rádiókitörések fényessége és szóródása (diszperziója) között.

Az FRB-k esetében megfigyelt diszperzió azt jelenti, hogy az alacsonyabb frekvenciájú (vörös) hullámok csak a nagyobb frekvenciájú (kék) hullámok után értek a teleszkóphoz. Az időeltérés mutatja, hogy a kitörés rádiójelének mekkora mennyiségű anyagon kellett áthaladnia a forrás és a Föld között.

A hatás különösen emlékeztet arra, amikor a kevert fehér fényt egy prizmával felbontják az azt létrehozó színekre. Ez annak köszönhető, hogy az üveg törésmutatója a különböző hullámhosszak számára más és más. Az űrben található extrém finomszemcséjű anyag törésmutatója is a hullámhossztól függ, és ez jobban lelassítja a vöröses fényt, mint a kéket.

A színszóródás jelenségét talán az alábbi animáció szemlélteti a legtökéletesebben.

Az FRB-knél tapasztalt szóródás mértéke kizárólag kétféle módon magyarázható:

1. a forrás közvetlen közelében nagy mennyiségű anyag van jelen,
2. vagy a diszperziót a csillagközi téren áthaladó sugárzás okozza - ebben az esetben viszont szóródás alapján közvetlenül következtetni lehet a távolságra.

A kettőt meg tudtuk különböztetni egymástól, ugyanis az elsőnél nem lenne semmiféle összefüggés a forrás fényessége és a távolság között, míg a másodiknál ennek éppen az ellenkezője várható"

– mondta Macquart. Hozzátette: fontos megjegyezni, hogy ha a kitörések valós fényessége egyforma lenne, akkor nagyon egyszerű kapcsolat állna fenn a kitörés távolsága és a szóródás mértéke között, a valóságban ugyanakkor nem ez a helyzet, az FRB-k valós fényessége rendkívül tág határok között mozog, így a fényesség-diszperzió viszonya jóval bonyolultabb, mint azt elsőre várnánk.

Az eljárás alapján kapott adatok azt mutatták, hogy még a legközelebb található forrás is több mint 270 millió fényévre van a Földtől. Ez persze csak becslés, ami annak a galaxisok közötti térben található anyagnak a mennyiségén alapul, amin a rádióhullám keresztülutazik.

Megtalálni a forrást

A kutatás következő lépése a források pozíciójának feltérképezése lesz.

A gyors rádiókitöréseket kibocsátó objektumok megtalálásához egy rádiócsillagászati megoldást, az interferometriát kell elővenni.

A technika lényege, hogy a teleszkópokat az égbolt egy adott részére irányítjuk és közvetlenül rögzítjük az elektromos tér azon oszcillációit (periódusos változásait), amiket a beérkező jelnek tulajdonítunk".

Ahogy azt korábban említettük, az ASKAP 36 antennájával gigantikus obszervatóriumként funkcionál, ennek megfelelően az erőteljesebb gyors rádiókitörésekből származó sugárzás helyzetét még 1 szögmásodpercnél (1 fok 1/3600-ad részénél) is pontosabban képes meghatározni.

Forrás: Alex Cherney/CSIRO

Amint sikerül az interferometriával a kitörések forrásait lokalizálni, a nekik otthont adó galaxisok vöröseltolódásából kiszámíthatjuk pontos távolságukat"

– mondta Macquart.