Gyors rádiókitörést azonosítottak egy spirálgalaxisban

6963

Az európai rádióteleszkópok hálózata (European VLBI Network, EVN) egy újabb ismétlődő gyors rádiókitörést (Fast Radio Burst, FRB) figyelt meg, és sikeresen meghatározta a jelek forrásának helyét is az égbolton. Az eredmény több szempontból is érdekes. Egyrészt idáig ez a legközelebbi gyors rádiókitörés, amelynek az irányát sikerült nagy pontossággal meghatározni. Másrészt a jelek forrásául szolgáló objektum a miénkhez nagyon hasonló csillagvárosban, egy spirálgalaxisban található. Ez gyökeresen más csillagkörnyezet, mint az összes korábbi ilyen esemény helyszíne.

A csillagászat egyik legnagyobb rejtélye a gyors rádiókitörések eredete, amelyek csupán a másodperc ezredrészéig tartanak, ezért rendkívül nehéz őket tanulmányozni. Habár száznál is többet sikerült már detektálni, pontos helymeghatározás csak négy esetben sikerült. Ez pedig létfontosságú, ha a kibocsátó objektum természetét szeretnénk megismerni. A probléma megértéséhez tudni kell, hogy a legtöbb ilyen kitörést egyedülálló rádióteleszkópok azonosították, melyek szögfelbontása nem elegendő: leszűkítették ugyan a forrás pozícióját az égbolt mintegy telihold nagyságú részére, de egy ekkora területen belül nagy számban találhatók galaxisok. Több, egymástól nem nagy távolságra elhelyezkedő teleszkóp együttes használatával (interferometria) már a szülőgalaxis azonosítása is lehetővé válik, ám ebben az üzemmódban a jelek keresése sokkal nehezebb. Az interferométerek ugyanis egyetlen “felvétellel” az égbolt sokkal kisebb részére érzékenyek, ezért ugyanakkora terület átpásztázása nagyságrendekkel több időbe (vagy számítógép-kapacitásba) telik, mint egy egyedülálló teleszkóppal.

Az EVN 8 rádióteleszkópjának elhelyezkedése, amelyek részt vettek a 180916.J0158+65 (“R3”) jelű gyors rádiókitörés (FRB) lokalizálásában. Az EVN-hez világszerte két tucatnál is több rádióteleszkóp tartozik, amelyek jeleit a hollandiai Dwingeloo-ban működő JIVE (Joint Institute for VLBI ERIC) intézetben valós időben egyesíthetik, rendkívüli térbeli szögfelbontást elérve így. (Paul Boven / satellite image: Blue Marble Next Generation, courtesy of NASA Visible Earth (visibleearth.nasa.gov))

Az első áttörést akkor sikerült elérni, amikor egy szabálytalan időközönként ismétlődő FRB-t tudtak azonosítani 2016-ban az Arecibo-teleszkóppal. Egészen addig csak “magányos” kitöréseket láttak. Felmerült, hogy legalább két csoportja lehet az objektumoknak, amelyek FRB-t produkálhatnak, az ismétlődők, és a nem ismétlődők. Az előbbiek lehetőséget nyújtottak a források lokalizálására is: különböző interferométerekkel követni kezdték az égbolt azon területét, ahol az ismétlődő kitörések látszottak, és vártak a szerencsére. Ez 2017-ben be is következett: az első ismert ismétlődő FRB-t egy nagyon halvány és különleges törpegalaxisban találták, illetve annak a peremén, egy csillagkeletkezési régióban. Ennek a törpegalaxisnak további jellegzetessége a nehéz elemek relatív hiánya (alacsony fémtartalom), amely kedvez a különösen nagy tömegű csillagok keletkezésének. (Lásd: Gyors rádiókitörés: most tényleg megvan a forrás helye!)

Volt továbbá egy másik, állandó rádióforrás is a közelben, amely nagy valószínűséggel az FRB-t kibocsátó objektumhoz köthető. Ez lehet akár egy fiatal szupernóva-robbanás eredménye, amelyet belülről fűt egy különlegesen erős mágneses térrel rendelkező neutroncsillag (magnetár), de ezt nem sikerült egyértelműen eldönteni. Van két másik égi jelenség is, amely hasonlóan alacsony fémességű környezetben fordul elő, és szerepet játszhat benne erősen mágneses neutroncsillag. Ezek a szuperfényes szupernóvák és az úgynevezett hosszú gammakitörések. A gyors rádiókitörések magányos magnetárokkal történő értelmezése gyorsan népszerű is lett szakmai körökben. Ez a kép hullott most apró darabokra!

2019. június 19-én az EVN nyolc teleszkópja megfigyelte az FRB 180916.J0158+65 jelű forrást, ahonnan a kanadai CHIME teleszkóp ismétlődő gyors rádiókitöréseket észlelt még 2018-ban. Az ötórás megfigyelés alatt a kutatók négy kitörést detektáltak, amelyek egyenként kevesebb mint kétezred másodpercig tartottak. A VLBI technika nagyon hosszú bázisvonalú interferometriát jelent, mivel ebben az esetben az interferométert alkotó rádióteleszkópok nagyon nagy távolságra helyezkednek el egymástól, akár különböző kontinenseken is lehetnek. Ennek eredményeként nagy pontossággal határozható meg az égi rádióforrások helyzete. Az FRB 180916.J0158+65 megfigyelésében európai teleszkópok mellett egy kínai is részt vett, így pozíciójának hibahatára csupán néhány ezred ívmásodperc lett. Ha lenne ilyen felbontású optikai távcsövünk, azzal a Holdon sétáló űrhajósokat is meg tudnánk különböztetni (ha lenne új emberes holdprogram).

Fantáziarajz a 180916.J0158+65 (“R3”) jelű gyors rádiókitörés (FRB) szülőgalaxisának és a kitörés abban elfoglalt helyének azonosításáról, amelyben az EVN 8 antennája és a háttérben a kupolájával ábrázolt 8 méteres Gemini North teleszkóp vettek részt. A képre rajzolt pulzus az effelsbergi 100 méteres rádióteleszkóp méréseiből származik. (Danielle Futselaar (artsource.nl))

Ekkor a kutatók a világ egyik legnagyobb távcsövét, a Mauna Kea szigeten (Hawaii, USA) található 8 méter tükörátmérőjű Gemini North teleszkópot fordították az FRB 180916.J0158+65 irányába. Meglepetésre ott egy spirális galaxist találtak, amely már ismert volt korábbi égboltfelmérésekből SDSS J015800.28+654253.0 néven. Az ilyen típusú galaxisok a mi Tejútrendszerünkre hasonlítanak, bennük rendszeres csillagkeletkezés folyik, és fémtartalmuk összességében hasonló ahhoz, mint ami a Napunk környezetében ismert – tehát nincs bennük semmi különleges. Ez teljesen eltér az elsőként azonosított ismétlődő gyors rádiókitörés szülőhelyétől, ami egy extrém tulajdonságokkal rendelkező törpegalaxis, de a másik három lokalizált, nem ismétlődő gyors rádiókitörés szülőhelyétől is, amelyek öreg csillagpopulációk által dominált nagy tömegű galaxisok. (Lásd például: Sikeresen azonosítottak egy gyors rádiókitörést – a forrás egy nyugdíjas galaxisban található)

A 180916.J0158+65 (“R3”) jelű gyors rádiókitörés (FRB) szülőgalaxisát (SDSS J015800.28+654253.0) és annak környezetét ábrázoló kép, amelyet a 8 méteres Gemini North teleszkóppal készített felvételekből állítottak össze. A kék, zöld és vörös színcsatornákat az SDSS g’, r’ és z’ szűrőin keresztül rögzített képek adják. Az FRB helyzetét fehér kereszt jelöli a galaxis szélén. (Shriharsh Tendulkar / Gemini Observatory)

Jelenleg úgy tűnik, az ismétlődő, illetve a nem ismétlődő gyors rádiókitöréseket nem lehet egyértelműen megkülönböztetni a környezetük alapján, az eddigi elképzeléseket az új megfigyelések nem támasztják alá. A rejtély feloldásához még több FRB azonosítására és pontos helymeghatározására lesz szükség. Ebben az Európai VLBI Hálózatnak fontos szerepe lehet, mivel eddig ez az egyetlen VLBI teleszkóprendszer, amelyik sikeresen lokalizált gyors rádiókitöréseket, sokkal pontosabban mint egyéb, kisebb kiterjedésű interferométer-rendszerek. Ezáltal pedig nem csak a forrás szülőgalaxisa azonosítható, de azon belül az FRB-k szűkebb környezete is tanulmányozható, ami nagyon fontos lesz a megértésükhöz.

A 180916.J0158+65 (“R3”) jelű gyors rádiókitörés (FRB) a galaxis szélén található csillagkeletkezési területen tűnt fel, pontos helyét vörös kör jelöli a kinagyított, nagyobb kontrasztú betétképen. (B. Marcote et al, Nature 2020)

Az FRB-k saját jogon is rendkívül érdekes jelenségek/objektumok, tanulmányozásuk azonban hozzájárulhat magának az Univerzumnak a jobb megértéséhez is. A modern kozmológia egyik legfontosabb problémája annak magyarázata, hogyan alakultak ki a különböző méretskálájú struktúrák. Rendkívül számításigényes szimulációk eredményeként van már némi fogalmunk erről, de ezek az eredmények nagy mértékben függenek attól, hogy milyen viszonyokat feltételezünk a korai Univerzumban. Az ellenőrzésükhöz mindenképpen konkrét megfigyelések szükségesek. Ez azonban nem egyszerű, mivel a galaxisokban lévő anyag nagy része láthatatlan.

Erre a problémára szolgáltathatnak megoldást a jövőben az FRB-k. A róluk érkező rövid pulzusok ugyanis “szétfolynak” (diszperzió), azaz hosszabb hullámhosszakon a jel kicsit később érkezik a Földre, mint a rövidebb hullámhosszakon. A nagy pontossággal mérhető időkülönbségből pedig a forrás és a Föld közötti anyag mennyiségére lehet következtetni. Ha sikerülne minden irányban FRB-ket megfigyelni, ráadásul több ezres számban, lehetővé válna az Univerzum anyageloszlásának feltérképezése. A valódi térbeli eloszlás felrajzolásához persze ismerni kell az FRB Földtől mért távolságát is.

A kutatást Benito Marcote (Joint Institute for VLBI ERIC, JIVE, Hollandia) vezeti. A kutatócsoport tagja a szerző, Paragi Zsolt (JIVE) is. Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Hozzászólás

hozzászólás