Wykryli nadpobudliwe źródło w kosmosie. "Jego otoczenie jest wyjątkowe"
Naukowcy z CHIME śledzili jedno z najbardziej aktywnych źródeł szybkich błysków radiowych. Wyniki sugerują, że jego otoczenie może być wyjątkowe.
Szybkie błyski radiowe, czyli FRB, to jedne z najbardziej irytujących i fascynujących sygnałów we współczesnej astronomii. Trwają zaledwie ułamki sekundy, potrafią być piekielnie jasne w falach radiowych i wciąż nie mają jednego pewnego wyjaśnienia. Najnowszy przykład tego problemu nazywa się FRB 20220912A. To tzw. repeater, czyli źródło, które nie błyska tylko raz, ale wraca z kolejnymi impulsami. W nowej kampanii obserwacyjnej instrument CHIME/Pulsar zarejestrował 828 błysków w 201,2 godzinach obserwacji. To czyni z tego obiektu jedno z najlepiej prześwietlonych i zarazem najbardziej kłopotliwych źródeł FRB, jakie dziś znamy.
Ten obiekt jest wyjątkowy nawet jak na repeatery
FRB 20220912A odkryto w 2022 r. i bardzo szybko okazało się, że nie jest to zwykły powtarzalny FRB, ale źródło skrajnie aktywne. Wcześniejsze obserwacje wskazywały nawet na 390 błysków na godzinę i sugerowały, że całkowity budżet energetyczny tego obiektu może być tak wysoki, że część prostych modeli źródła zaczyna mieć problem z utrzymaniem spójności. Obiekt znajduje się w aktywnej galaktyce PSO J347.2702+48.7066 przy przesunięciu ku czerwieni z = 0,077, a więc kosmologicznie nie jest ekstremalnie odległy, ale nadal zdecydowanie leży poza Drogą Mleczną.
To właśnie dlatego zespół Thomasa C. Abbotta z McGill University postanowił wrócić do niego z instrumentem CHIME/Pulsar. W przeciwieństwie do głównego trybu pracy CHIME/FRB, który przeszukuje niebo szeroko, CHIME/Pulsar może śledzić znane źródło podczas jego przejścia przez pole widzenia. To poprawia czułość i daje lepszą kontrolę nad jakością danych, co przy tak aktywnym repeaterze ma ogromne znaczenie.
828 błysków to nie tylko wielka liczba. To zapis charakteru źródła
Sama liczba 828 może robić wrażenie, ale jeszcze ciekawsze jest to, jak te sygnały rozkładają się w czasie. Średnia wyszła na poziomie 4,12 błysku na godzinę przy określonym progu czułości, ale aktywność nie była równomierna. Szczytowy zarejestrowany poziom wyniósł 52 błyski na godzinę i przypadł na 25 października 2022 r. W dodatku zespół zauważył, że źródło było szczególnie aktywne przez pierwsze 10 tygodni obserwacji, po czym przeszło w wyraźnie spokojniejszy stan.
To bardzo ważne, bo sugeruje, że nie patrzymy na idealnie losowy, kosmiczny karabin maszynowy, tylko na obiekt, którego aktywność ma fazy, rytmy i być może kilka trybów. Jak czytamy na łamach Phys.org, w pracy mowa jest nawet o dwumodalnym rozkładzie czasów oczekiwania między błyskami, co oznacza, że przerwy między impulsami nie rozkładają się gładko, lecz wyglądają tak, jakby źródło przełączało się między różnymi stanami aktywności. To już nie jest tylko kwestia ile razy błysnęło, ale pytanie o to, jaka fizyka stoi za zmianami tego tempa.
Najdziwniejsza może być nie liczba błysków, ale środowisko wokół źródła
Jednym z najmocniejszych wyników badania jest to, że miara dyspersji (parametr pokazujący, ile zjonizowanego materiału sygnał mija po drodze) rośnie liniowo w czasie w tempie około 1,4 pc/cm³ rocznie. Jednocześnie miara rotacji, która mówi o wpływie namagnesowanego środowiska na polaryzację sygnału, pozostaje bliska zeru. To bardzo nietypowe zestawienie, bo u innych aktywnych repeaterów często widać bardziej dramatyczne efekty pola magnetycznego w otoczeniu.
Mówiąc prościej, sygnał z FRB 20220912A wygląda tak, jakby przechodził przez środowisko, które się zmienia, ale nie w taki sposób, jakiego spodziewalibyśmy się po części najbardziej popularnych modeli. To może oznaczać, że obiekt siedzi w wyjątkowym lokalnym otoczeniu, które nie pasuje do klasycznego obrazu młodego magnetara zamkniętego w gęstej, mocno namagnesowanej pozostałości po supernowej. Nie znaczy to jeszcze, że magnetar odpada, ale na pewno znaczy, że prosta wersja tej historii może być za uboga.
Czy to może być magnetar?
Tak. Autorzy badania tego nie wykluczają. W tekście pada wprost, że całkowity budżet energetyczny źródła nadal da się pogodzić z ekstremalnymi modelami magnetarowymi, czyli takimi, które zakładają bardzo silne pola magnetyczne, rozbudowaną strukturę pola przy powierzchni lub ogromne pola we wnętrzu gwiazdy neutronowej. Problem polega jednak na tym, że im bardziej niezwykły obiekt widzimy, tym bardziej ekstremalny musi być też sam magnetar w modelu.
Przez lata model młodego magnetara wyrósł na faworyta, bo dobrze tłumaczył wiele obserwacji. Takie obiekty jak FRB 20220912A testują jednak jego granice. Nie obalają go automatycznie, lecz zmuszają do zadawania bardziej niewygodnych pytań: czy mamy do czynienia z jednym typem źródła FRB, czy z kilkoma? Czy wszystkie repeatery są krewniakami, czy tylko wrzucamy do jednego worka bardzo różne zjawiska?
CHIME udowodnił, jak ważne są długie kampanie
To badanie ma też drugi, metodologiczny wymiar. W astronomii łatwo zachwycić się pojedynczym spektakularnym błyskiem, ale prawdziwa fizyka często wychodzi dopiero wtedy, gdy patrzy się długo i cierpliwie. 201,2 godziny obserwacji to nie jest jednorazowy strzał, tylko wielomiesięczna kampania, która pozwala zobaczyć zmienność źródła, a nie tylko jego chwilowy nastrój. Właśnie dzięki temu można było uchwycić zarówno okres wysokiej aktywności, jak i późniejsze uspokojenie.
Przeczytaj także:
To ważna lekcja dla całego pola badań FRB. Jeśli chcemy naprawdę zrozumieć te obiekty, nie wystarczy je odkrywać. Trzeba je śledzić, liczyć, porównywać i patrzeć, jak ich zachowanie zmienia się w czasie. Dopiero wtedy pojedyncze błyski zaczynają układać się w historię o źródle, jego środowisku i fizyce, która nim rządzi.
Praca została opublikowana na arXiv, czyli serwerze preprintów. To oznacza, że jest publicznie dostępna i można ją czytać, ale nie przeszła jeszcze pełnej procedury recenzji w czasopiśmie naukowym.
