Când astronomii au remarcat pentru prima dată detectarea unui Fast Radio Burst (FRB) în 2007 (de asemenea, explozia Lorimer), au fost amândoi uimiți și intrigați. Această explozie cu energie mare, de impulsuri radio, care a durat doar câteva milisecunde, părea să provină din afara galaxiei noastre. De atunci, astronomii au găsit dovezi ale multor FRB-uri în datele înregistrate anterior și încă speculează cu privire la ce le provoacă.
Datorită descoperirilor și cercetărilor ulterioare, astronomi știu acum că FRB-urile sunt mult mai frecvente decât se credea anterior. De fapt, conform unui nou studiu realizat de o echipă de cercetători de la Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian (CfA), FRB-urile pot apărea o dată în fiecare secundă în Universul observabil. Dacă este adevărat, FRB-urile ar putea fi un instrument puternic pentru cercetarea originilor și evoluției cosmosului.
Studiul, intitulat „O rapidă explozie radio apare în fiecare secundă în universul observabil”, apărut recent în Jurnalele Astrofizice Scrisori. Studiul a fost condus de Anastasia Fialkov, cercetător postdoc și Fellow la Institutul de Teorie și Calcul al CfA (ITC). La ea i s-au alăturat profesorul Abraham Loeb, directorul ITC și Frank B. Baird, Jr. profesor de știință la Harvard.
După cum sa menționat, FRB-urile au rămas ceva de mister de când au fost descoperite pentru prima dată. Nu numai că cauzele lor rămân necunoscute, dar multe despre adevărata lor natură nu este încă înțeleasă. După cum a spus dr. Fialkov la Space Magazine prin e-mail:
„FRB-urile (sau explozii radio rapide) sunt semnale astrofizice de natură nedeterminată. Izbucurile observate sunt scurte (sau o milisecundă de durată), impulsuri luminoase în partea radio a spectrului electromagnetic (la frecvențele GHz). Până în prezent, au fost observate doar 24 de explozii și încă nu știm sigur care sunt procesele fizice care le declanșează. Cea mai plauzibilă explicație este că acestea sunt lansate prin rotirea stelelor cu neutroni magnetizați. Totuși, această teorie este confirmată. ”
În scopul studiului lor, Fialkov și Loeb s-au bazat pe observațiile făcute de mai multe telescoape ale exploziei radio repetate cunoscute sub numele de FRB 121102. Acest FRB a fost observat pentru prima dată în 2012 de cercetătorii care folosesc radiotelescopul Arecibo din Puerto Rico și de atunci a fost s-a confirmat că provine dintr-o galaxie situată la 3 miliarde de ani lumină în direcția constelației Auriga.
De la descoperirea sa, au fost detectate rafale suplimentare provenind din locația sa, făcând FRB 121102 singurul exemplu cunoscut de FRB care se repetă. Această natură repetitivă a permis, de asemenea, astronomilor să efectueze studii mai detaliate despre ea decât orice alt FRB. După cum a spus prof. Loeb prin intermediul magazinului Space Magazine prin e-mail, aceste motive și alte motive au făcut-o o țintă ideală pentru studiul lor:
„FRB 121102 este singurul FRB pentru care au fost identificate o galaxie gazdă și o distanță. Este, de asemenea, singura sursă de FRB repetată din care am detectat sute de FRB-uri până acum. Spectrul radio al FRB-urilor sale este centrat pe o frecvență caracteristică și nu acoperă o bandă foarte largă. Aceasta are implicații importante pentru detectabilitatea acestor FRB, deoarece pentru a le găsi observatorul radio trebuie să fie adaptat la frecvența lor. ”
Pe baza a ceea ce se știe despre FRB 121102, Fialkov și Loeb au efectuat o serie de calcule care au presupus că comportamentul este reprezentativ pentru toate FRB-urile. Au proiectat apoi câte FRB-uri ar exista pe întregul cer și au stabilit că în cadrul Universului observabil, o FRB ar avea loc o dată pe secundă. Fialkov a explicat:
„Presupunând că FRB sunt produse de galaxii de un anumit tip (de exemplu, similar cu FRB 121102), putem calcula câte FRB-uri trebuie produse de fiecare galaxie pentru a explica observațiile existente (adică 2000 pe cer pe zi). Având în vedere acest număr, putem deduce rata de producție pentru întreaga populație de galaxii. Acest calcul arată că un FRB apare în fiecare secundă atunci când este contabil pentru toate evenimentele slabe. "
Deși natura și originile exacte ale FRB sunt încă necunoscute - sugestiile includ stele rotative cu neutroni și chiar inteligență extraterestră! - Fialkov și Loeb indică faptul că ar putea fi folosite pentru a studia structura și evoluția Universului. Dacă într-adevăr acestea apar cu o frecvență atât de regulată pe tot cosmosul, atunci surse mai îndepărtate ar putea acționa ca sonde pe care astronomi s-ar baza apoi pentru a plonja adâncimile spațiului.
De exemplu, pe distanțe cosmice vaste, există o cantitate semnificativă de material care intervine, ceea ce îngreunează astronomii să studieze fundalul cu microunde cosmic (CMB) - radiația rămasă de la Big Bang. Studiile acestui material intervenient ar putea conduce la o nouă estimare a cât de dens este spațiul - adică cât de mult este compus din materie obișnuită, materie întunecată și energie întunecată - și cât de rapid se extinde.
Și după cum a indicat prof. Loeb, FRB-urile ar putea fi de asemenea folosite pentru a explora întrebări cosmlogure durabile, precum modul în care „Epoca Întunecată” a Universului s-a încheiat:
„FRB-urile pot fi utilizate pentru a măsura coloana de electroni liberi către sursa lor. Aceasta poate fi folosită pentru a măsura densitatea materiei obișnuite între galaxii din universul actual. În plus, FRB-urile din timpurile cosmice timpurii pot fi folosite pentru a afla când lumina ultravioletă de la primele stele a spart atomii primordiali de hidrogen rămași din Big Bang în electronii și protonii lor constitutivi. "
„Epoca Întunecată”, care a avut loc între 380.000 și 150 de milioane de ani după Big Bang, a fost caracterizată de o „ceață” de atomi de hidrogen care interacționează cu fotonii. Drept urmare, radiațiile din această perioadă sunt nedetectabile de instrumentele noastre actuale. În prezent, oamenii de știință încă încearcă să rezolve modul în care Universul a făcut tranziția între aceste „Evul Întunecat” și epocile ulterioare când Universul a fost plin de lumină.
Această perioadă de „reionizare”, care a avut loc între 150 de milioane și 1 miliard de ani după Big Bang, a fost atunci când s-au format primele stele și quasari. În general, se crede că lumina UV de la primele stele din Univers a călătorit spre exterior pentru a ioniza gazul de hidrogen (limpezind astfel ceața). Un studiu recent a sugerat, de asemenea, că găurile negre care existau în Universul timpuriu au creat „vânturile” necesare care au permis scăparea acestei radiații ionizante.
În acest scop, FRB-urile ar putea fi folosite pentru a examina această perioadă timpurie a Universului și pentru a determina ce a descompus această „ceață” și a permis luminii să scape. Studierea FRB-urilor foarte îndepărtate ar putea permite oamenilor de știință să studieze unde, când și cum a avut loc acest proces de „reionizare”. Fialkov și Loeb au explicat cum viitoarele telescoape radio vor putea descoperi multe FRB-uri.
„Viitoarele observatoare radio, precum Square Kilometer Array, vor fi suficient de sensibile pentru a detecta FRB-urile din prima generație de galaxii de la marginea universului observabil”, a spus prof. Loeb. „Lucrarea noastră oferă prima estimare a numărului și proprietăților primelor sclipiri ale undelor radio care s-au aprins în universul infantil.”
Și apoi urmează experimentul canadian de mapare a intensității hidrogenului (CHIME) la Observatorul Astrofizic Radio Dominion din Columbia Britanică, care a început să funcționeze recent. Aceste și alte instrumente vor servi ca instrumente puternice pentru detectarea FRB-urilor, care la rândul lor ar putea fi utilizate pentru a vizualiza regiunile nevăzute anterior de timp și spațiu, și debloca unele dintre cele mai profunde mistere cosmologice.
„[W] găsim că un telescop de generație următoare (cu o sensibilitate mult mai bună decât cele existente) este de așteptat să vadă mult mai multe FRB decât cele observate astăzi”, a spus dr. Fialkov. „Acest lucru ar permite caracterizarea populației de FRB și identificarea originii acestora. Înțelegerea naturii FRB va fi o descoperire majoră. Odată ce proprietățile acestor surse sunt cunoscute, FRB-urile pot fi utilizate ca balize cosmice pentru a explora Universul. O aplicație este studierea istoriei reionizării (tranziția în faza cosmică când gazul inter-galactic a fost ionizat de stele). "
Este un gând inspirat, folosind fenomene cosmice naturale ca instrumente de cercetare. În această privință, folosirea FRB-urilor pentru a sonda cele mai îndepărtate obiecte din spațiu (și cât de departe în timp am putea) este ca și cum ar fi să folosim cvasi ca balize de navigație. În cele din urmă, avansarea cunoștințelor noastre despre Univers ne permite să explorăm mai mult.
