Изненадващи нови характеристики на мистериозни бързи радиоизбухвания се противопоставят на текущото разбиране


Концепцията на художника за телескоп FAST

Концепцията на художника за сферичен радиотелескоп с петстотин метра апертура (FAST) в Китай. Кредит: Jingchuan Yu

Бързи радиоизбухвания – озадачаваща и задълбочаваща се мистерия

Международен екип от учени разкрива развиваща се, магнетизирана среда и изненадващо местоположение на източника на бързи радиоизбухвания в дълбокия космос – наблюдения, които се противопоставят на сегашното разбиране.

Бързите радиоизбухвания (FRBs) са милисекунди дълги космически експлозии, всяка от които произвежда енергия, еквивалентна на годишното производство на слънцето. Тяхната объркваща природа продължава да изненадва учените повече от 15 години след като импулсите на електромагнитните радиовълни в дълбокия космос бяха открити за първи път. Сега новопубликувани изследвания само задълбочават мистерията около тях.

Неочаквани нови наблюдения от серия космически радиоизбухвания от международен екип от учени предизвикват преобладаващото разбиране за физическата природа и централния двигател на FRB. Изследователите, които включват астрофизика от Университета на Невада, Лас Вегас (UNLV) Бинг Джан, публикуваха своите открития в изданието на списанието от 21 септември Природата.

Сферичният радиотелескоп с петстотин метра апертура (FAST) се намира в естествена депресия в пейзажа в Гуейджоу, Китай. Това е най-големият радиотелескоп с една антена в света, с антена с диаметър 500 метра (1600 фута) и приемна площ, еквивалентна на 30 футболни игрища. Очаква се FAST да запази статуса си от световна класа през следващите 20 до 30 години. С иновативния си дизайн FAST надхвърли 100-метровото инженерно ограничение за конструкцията на телескопи и създаде нов режим за изграждане на големи радиотелескопи.

Космическите наблюдения на FRB бяха направени в края на пролетта на 2021 г. с помощта на масивния сферичен радиотелескоп с петстотин метра апертура (FAST) в Китай. Екипът откри 1863 изблици за 82 часа в продължение на 54 дни от активен източник на бързи радиоизбухвания, наречен FRB 20201124A. Учените бяха ръководени от Хенг Сю, Кеджиа Лий, Субо Донг от Пекинския университет и Вейвей Джу от Националните астрономически обсерватории на Китай, заедно с Джанг.

„Това е най-голямата извадка от FRB данни с поляризационна информация от един единствен източник“, каза Лий.

Скорошни наблюдения на бърз радиоизбухване от нашия[{” attribute=””>Milky Way galaxy indicate that it originated from a magnetar, which is a dense, city-sized neutron star with an incredibly powerful magnetic field. On the other hand, the origin of very distant cosmological fast radio bursts remains unknown. And these latest observations leave scientists questioning what they thought they knew about them.

“These observations brought us back to the drawing board,” said Zhang, who also serves as founding director of UNLV’s Nevada Center for Astrophysics. “It is clear that FRBs are more mysterious than what we have imagined. More multi-wavelength observational campaigns are needed to further unveil the nature of these objects.”

FAST Telescope

The Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST), nicknamed Tianyan (“Eye of the Sky/Heaven”) is a radio telescope located in the Dawodang depression, a natural basin in Pingtang County, Guizhou, southwest China. It consists of a fixed 500-meter diameter dish constructed in a natural depression in the landscape. It is the world’s largest filled-aperture radio telescope, and the second-largest single-dish aperture after the sparsely-filled RATAN-600 in Russia.

What makes the latest observations surprising to scientists is the irregular, short-time variations of the so-called “Faraday rotation measure,” essentially the strength of the magnetic field and density of particles in the vicinity of the FRB source. The variations went up and down during the first 36 days of observation and suddenly stopped during the last 18 days before the source quenched.

“I equate it to filming a movie of the surroundings of an FRB source, and our film revealed a complex, dynamically evolving, magnetized environment that was never imagined before,” said Zhang. “Such an environment is not straightforwardly expected for an isolated magnetar. Something else might be in the vicinity of the FRB engine, possibly a binary companion,” added Zhang.

To observe the host galaxy of the FRB, the team of astronomers also made use of the 10-m Keck telescopes located at Mauna Kea in Hawaii. Zhang says that young magnetars are believed to reside in active star-forming regions of a star-forming galaxy, but the optical image of the host galaxy shows that – unexpectedly – it’s a metal-rich barred spiral galaxy like our Milky Way. The FRB location is in a region where there is no significant star-forming activity.

“This location is inconsistent with a young magnetar central engine formed during an extreme explosion such as a long gamma-ray burst or a superluminous supernova, widely speculated progenitors of active FRB engines,” said Dong.

Reference: “A fast radio burst source at a complex magnetized site in a barred galaxy” by H. Xu, J. R. Niu, P. Chen, K. J. Lee, W. W. Zhu, S. Dong, B. Zhang, J. C. Jiang, B. J. Wang, J. W. Xu, C. F. Zhang, H. Fu, A. V. Filippenko, E. W. Peng, D. J. Zhou, Y. K. Zhang, P. Wang, Y. Feng, Y. Li, T. G. Brink, D. Z. Li, W. Lu, Y. P. Yang, R. N. Caballero, C. Cai, M. Z. Chen, Z. G. Dai, S. G. Djorgovski, A. Esamdin, H. Q. Gan, P. Guhathakurta, J. L. Han, L. F. Hao, Y. X. Huang, P. Jiang, C. K. Li, D. Li, H. Li, X. Q. Li, Z. X. Li, Z. Y. Liu, R. Luo, Y. P. Men, C. H. Niu, W. X. Peng, L. Qian, L. M. Song, D. Stern, A. Stockton, J. H. Sun, F. Y. Wang, M. Wang, N. Wang, W. Y. Wang, X. F. Wu, S. Xiao, S. L. Xiong, Y. H. Xu, R. X. Xu, J. Yang, X. Yang, R. Yao, Q. B. Yi, Y. L. Yue, D. J. Yu, W. F. Yu, J. P. Yuan, B. B. Zhang, S. B. Zhang, S. N. Zhang, Y. Zhao, W. K. Zheng, Y. Zhu and J. H. Zou, 21 September 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05071-8

The study appeared September 21 in the journal Nature and includes 74 co-authors from 30 institutions. In addition to UNLV, Peking University, and the National Astronomical Observatories of China, collaborating institutions also include Purple Mountain Observatory, Yunnan University, UC Berkeley, Caltech,