Los het vreemde mysterie van snelle radio-uitbarstingen op

Dit werk bewijst dat nieuwe telescopen met unieke mogelijkheden, zoals ATA, een nieuwe invalshoek kunnen bieden op de openstaande mysteries van de FRB-wetenschap.

Een team van wetenschappers van het SETI Instituut heeft nieuwe inzichten onthuld in het kosmische mysterie dat bekend staat als snelle radio-uitbarstingen (FRB’s). De ontdekking en gedetailleerde observatie van de herhaling van FRB 20220912A, uitgevoerd met de Allen Telescope Array (ATA) van het SETI Instituut, heeft licht geworpen op de aard van deze ruimtesignalen.

FRB’s zijn korte, intense flitsen van radiogolven vanuit de verre ruimte. Hoewel de meeste slechts één keer voorkomen, zenden sommige ‘repeaters’ signalen meer dan één keer uit, waardoor het begrip van hun oorsprong verder wordt vertroebeld. In de loop van 541 uur observatie hebben onderzoekers 35 snelle radioflitsen gedetecteerd van de repeater FRB 20220912A. Waarnemingen gedaan met ATA bestreken een breed scala aan radiofrequenties en brachten fascinerende patronen aan het licht. Alle 35 FRB’s bevinden zich aan de onderkant van het frequentiespectrum, elk met een unieke energiesignatuur.

Dynamische spectra (of “cascade” -patronen) van alle bursts van FRB 20220912A werden gedetecteerd met behulp van de Allen Telescope-array, frequentiegemiddelde pulsprofielen en tijdgemiddelde spectra.
Rood gearceerde gebieden in de tijdreeksgrafieken geven de tijdsperiode van specifieke sub-bursts aan, waarbij rode verticale lijnen de grenzen van aangrenzende sub-bursts markeren. Krediet: SETI Instituut

Inzichten uit observaties van het SETI Instituut

“Dit werk is spannend omdat het de bevestiging biedt van bekende FRB-eigenschappen en de ontdekking van enkele nieuwe”, zegt dr. Sofia Shaikh van het SETI Institute, postdoctoraal onderzoeker en hoofdauteur van NSF MPS-Ascend. “We beperken de bron van snelle radio-uitbarstingen bijvoorbeeld tot extreme objecten zoals magnetars, maar geen enkel bestaand model kan alle tot nu toe waargenomen eigenschappen verklaren. Het was geweldig om deel uit te maken van het eerste FRB-onderzoek dat met ATA werd uitgevoerd – Dit werk bewijst dat nieuwe telescopen met unieke mogelijkheden, zoals ATA, een nieuwe invalshoek kunnen bieden op de openstaande mysteries van de FRB-wetenschap.

Gedetailleerde resultaten onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society (MNRAS), vertoont interessant gedrag van FRB’s. Deze dubbelzinnige signalen laten een neerwaartse verschuiving van de frequentie zien, een verband tussen de bandbreedte en de middenfrequentie, en veranderingen in de burst-duur in de loop van de tijd. Het team merkte ook iets op dat nog niet eerder was gerapporteerd: er was een merkbare afname van de centrale frequentie van de explosies tijdens de twee maanden van observatie, waardoor een onverwacht kosmisch zweeffluit werd onthuld.

Twee parameters van de FRB 20220912A-dataset – middenfrequentie en bandbreedte – worden in de loop van de tijd uitgezet, in MJD, vanaf het begin van de campagne tot het einde (een periode van ongeveer 60 dagen). Paneel a) geeft aan dat de centrale frequentie van de FRB in de loop van de campagne afneemt (met residuen van de fit en niet-parametrische LOWESS-richtlijnen hieronder in blauw weergegeven). Paneel b) toont dezelfde afname in de tijd voor bandbreedte. Krediet: SETI Instituut

Bovendien gebruikten de onderzoekers deze waarnemingen om het omslagpunt voor de helderste FRB 20220912A te voorspellen, wat hun bijdrage aan de algehele kosmische signaalsnelheid aangeeft. In feite was dit specifieke object verantwoordelijk voor een klein percentage van alle krachtige snelle radio-uitbarstingen aan de hemel tijdens deze waarnemingen.

In het onderzoek werd ook gekeken naar de temporele patronen van burst-reeksen, op zoek naar herhaling binnen en tussen snelle radio-bursts. Er werd geen duidelijk patroon gevonden, wat de onvoorspelbaarheid van deze hemelse verschijnselen benadrukt.

De rol van de Allen-telescooparray

Dit werk toont de belangrijke rol aan die ATA speelt bij het ontrafelen van de mysteries van snelle radioflitsen. ATA heeft het unieke vermogen om tegelijkertijd grote aantallen frequentiekanalen op te nemen, zelfs als deze zich ver uit elkaar bevinden – bijvoorbeeld waar sommige frequenties erg hoog zijn en andere erg laag. Dit maakt steekproefsgewijze controles mogelijk bij de aankomst van de FRB, om te beperken wat de FRB tegelijkertijd doet op hoge en lage frequenties. Voortdurende updates beloven meer mogelijkheden om zwakke snelle radioflitsen tegelijkertijd op meer frequenties te zien, waardoor ATA voorop blijft lopen bij het ontwikkelen van ons begrip van snelle radioflitsen.

Allen Telescope Array (ATA) gevestigd in het Hat Creek Radio Astronomy Observatory, Californië, VS. De ATA wordt beheerd door het SETI Instituut, is ontworpen als een speciaal hulpmiddel voor het zoeken naar technologische handtekeningen en heeft het potentieel om een ​​krachtige faciliteit te zijn voor het bestuderen van transiënten. Krediet: Joe Marvia

“Het is spannend om te zien dat ATA drie jaar na de start van het upgradeprogramma deelneemt aan FRB-onderzoek”, zegt Dr. Wael Farah, ATA-projectwetenschapper bij het SETI Instituut en co-auteur. “ATA beschikt over unieke mogelijkheden die worden gebruikt bij tal van onderzoeksinspanningen, waaronder snelle transiënte operaties.”

Deze baanbrekende ontdekking vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in de voortdurende zoektocht naar de geheimen van extreme objecten in het universum. Terwijl wetenschappers het universum blijven verkennen, brengt elk uniek kenmerk dat we ontdekken ons dichter bij het begrijpen van de oorsprong en de aard van deze dwingende kosmische signalen.

Referentie: “Karakterisering van de terugkerende FRB 20220912A met behulp van de Allen Telescope Array” door Sophia Z. Sheikh, Wael Farah, Alexander W. Pollack, Andrew B.V., Simeon, Muhammad A. Shamma, Luigi F. Cruz, Roy H. Davis, David R. DeBoer, Vishal Gajjar, Phil Karn, Jamar Keetling, Wenbin Lu, Mark Masters, Pranav Premnath, Sarah Schultz, Carol Shoemaker, Gurmehar Singh en Michael Snodgrass, geaccepteerd, Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.
arXiv:2312.07756