Döbbenetes rádiójelek érkeztek a Földre az űrből

A magnetárok rendkívül erős mágneses mezővel rendelkező neutroncsillagok

Rendkívül szokatlan, az univerzum mélységeiből érkezett rádiójel detektálásáról számol be egy kutatócsoport a Nature tudományos szaklapban július 13-án megjelent tanulmányában. Az FRB 201912221A katalógusszámot kapott gyors rádióhullám keletkezési helye és eredete egyelőre még nem ismert.

Rendkívül távolról érkező óriási rádiókitörések, amelyek csak ezredmásodpercekig tartanak

A tekintélyes Nature tudományos szaklapban július 13-án közzétett publikáció szerint az FRB 201912221A rádiókitörés a maga három másodperces idejével az eddig észlelt leghosszabb úgynevezett gyors rádióhullám (Fast Radio Burst, FRB), amit valaha megfigyeltek. A legtöbb gyors rádiókitörés mindössze néhány ezredmásodpercig tart, ezért az FRB 201912221A szokatlanul hosszú ideig tartó rádiójelnek számít.

Művészi fantáziarajz az FRB 201912221A jelű rádiókitörés objektumáról Forrás: Live Science/ICRAR

A gyors rádiókitörések egy ezredmásodperc alatt több energiát sugároznak szét a kozmoszban,

mint amennyi a központi csillagunkban, a Napban keletkezik egyetlen év során.

A csillagászok és az asztrofizikusok már régóta keresik arra a választ, hogy mi okozhatja ezeket a rendkívül erős és csak nagyon rövid ideig tartó rádiókitöréseket.

Egy nap-protuberancia képe a látható fény tartományában. Az FRB 201912221A rádiókitörés egyetlen ezredmásodperc alatt több energiát sugárzott ki, mint amennyit a Nap egyetlen év alatt Forrás: NASA/SDO/AIA/Goddard Space Flight Center

Az eddig azonosított FRB-k szinte kivétel nélkül nagyon távoli, több millió vagy akár több milliárd fényév távolságra fekvő galaxisokból érkeztek.

Csak 2020-ban sikerült először a Tejútrendszerből érkező FRB-t detektálni,

ami lehetővé tette, hogy a csillagászok közelebb jussanak a gyors rádióhullámok eredetének a megfejtéséhez. A tudósok azt tapasztalták, hogy az intergalaktikus FRB-k jellemzői nagyon hasonlóak a saját galaxisunkban észlelt pulzárok és magnetárok sugárzási tulajdonságaihoz.

Egy pulzár művészi ábrája az objektumot körbevevő planetáris köddel. A pulzárok olyan extrém sűrű neutroncsillagok, amelyek egy szupernóva-robbanás maradványai Forrás: Science Photo Library/JPL-CALTECH/NASA/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Jpl-Caltech/Nasa

Ennek megértéséhez tisztázzuk röviden, hogy mi a különbség a pulzár és a magnetár között. A pulzárok általában egy szupernóva-robbanás után visszamaradó olyan kis térfogatú, de extrém sűrűségű neutroncsillagok, amelyek rendkívül gyorsan forognak a tengelyük körül, adott esetben egyetlen másodperc alatt akár több száz fordulatot is megtéve.

A pulzárok erős mágneses térrel rendelkeznek, és szintén erős röntgenforrásnak számítanak.

A magnetárok rendkívül erős mágneses mezővel rendelkező neutroncsillagok Forrás: NASA/JPL-Caltech

A magnetár ezzel szemben olyan speciális neutroncsillag, amelynek rendkívül erős, a pulzárokénál is sokkal erősebb mágneses tere van, ami miatt óriási mennyiségű elektromágneses sugárzást bocsátanak ki részben röntgen, részben pedig gamma tartományban.

Milliószor fényesebb volt a kitörés a pulzárok és magnetárok hasonló jeleinél

A rendkívül szokatlan FRB 201912221A rádiókitörést 2019. december 21-én detektálták a kanadai CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) rádióteleszkóp segítségével. A CHIME-t a hidrogén által kibocsátott rádióhullámok észlelésére tervezték, amelyek az univerzum keletkezésének egyik legkorábbi szakaszából, abból az időszakból származnak, amikor a feltételezett titokzatos sötét energia hatására az univerzum elkezdett tágulni.

Részlet a Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment rádióteleszkóp antennarendszeréből Forrás: Mateus A. Fandiño - The CHIME collaboration

Az FRB 201912221A katalógusszámú rádiókitörés különlegességét a jel időtartama és mintázata adja.

Nem sok olyan objektum van az univerzumban, ami szigorúan periodikus jeleket bocsát ki

- mondta Daniele Michilli, a tanulmány társszerzője, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) asztrofizikusa. "Hasonló példák, amelyekről a saját galaxisunkban is tudunk, a rádiópulzárok és a magnetárok, amelyek egy világítótoronyhoz hasonló sugaras emissziót produkálnak. Úgy gondoljuk, hogy ez az új jel is talán egy különleges magnetártó vagy pulzártól származhat" - vélekedik Daniele Michilli.

Egy szupernóva-robbanás művészi ábrája. A szupernóva-robbanás után vagy egy szupersűrű neutroncsillaggá, vagy pedig fekete lyukká omlik össze a felrobbanó csillag maradványa Forrás: AFP

Míg a legtöbb FRB egyszeri esemény, néhány azonban ismétlődik, néha egyetlen rövid sorozatban, máskor pedig több perióduson keresztül. „ Nemcsak nagyon hosszú volt - körülbelül három másodperces-, hanem rendkívül pontos időszakos csúcsai is voltak a jelnek, amelyeket szívverésszerűen bocsátott ki. Ez az első alkalom, hogy maga a jel periodikus módon tűnt fel „ - nyilatkozta a MIT asztrofizikusa.

A rövid rádiókitörések (FRB) legnagyobb része távoli galaxisokból érkezik ( a kép illusztráció) Forrás: NASA/JPL-Caltech

Az FRB 201912221A rádiókitörése keltette mintázat elemzése után a kutatók azt találták, hogy noha a jelek kibocsátása szorosan megegyezik a saját galaxisunkban észlelt rádiópulzárok és magnetárok sugárzásával,

de akad egy lényeges különbség is:

az FRB 20191221A milliószor fényesebb a Tejútrendszer hasonló forrásaihoz képest.

A kutatók abban bíznak, hogy további kitöréseket is sikerül megfigyelniük

A tudósok egyelőre tanácstalanok, hogy mi állhat ennek a rendkívül intenzív fényerőnek a hátterében, de azt feltételezik, hogy ezt egy olyan forrás okozhatja, ami önmagában ugyan nem túl fényes, ám valamilyen ismeretlen okból sorozatos ragyogó kitöréseket produkál, és amelyeket a CHIME véletlenül „elkapott".

A CHIME - rádióteleszkóp antennái Forrás: Wikimedia Commons/Z22

A CHIME már számos FRB-t észlelt különböző tulajdonságokkal"

- mondta Michilli. "Láttunk olyanokat, amelyek nagyon turbulens területről érkeztek, míg mások úgy néznek ki, mintha tiszta környezetből származnának Az új jel tulajdonságai alapján azt mondhatjuk, hogy a forrás körül egy rendkívül viharos plazmafelhőnek kell lennie "- érvel a tanulmány társzerzője.

Egy neutroncsillag művészi ábrázolása Forrás: ESO / L. Calçada

Hogy még többet megtudjanak a rövid rádiókitörésekről és ezek titokzatos forrásáról, a kutatók arra készülnek, hogy - reményeik szerint - sikerül további impulzusokat is észlelniük az FRB 20191221A forrásából. Ez hozzásegítené az asztrofizikusokat annak megfejtéséhez, hogy mi okozhatja ezeket a rendkívül nagy energiájú rádiókitöréseket, és ezáltal többet megtudhatnánk a neutroncsillagok váratlan viselkedéséről is.