Les noves característiques sorprenents de les ràfegues de ràdio ràpides misterioses desafien la comprensió actual


FAST Telescope Concepció d'artista

Concepció artística del radiotelescopi esfèric d’obertura de cinc-cents metres (FAST) a la Xina. Crèdit: Jingchuan Yu

Esclats de ràdio ràpids: un misteri desconcertant i que s’aprofundeix

Un equip internacional de científics revela un entorn magnetitzat en evolució i una ubicació de font sorprenent per a ràfegues ràpides de ràdio a l’espai profund: observacions que desafien la comprensió actual.

Les ràfegues ràpides de ràdio (FRB) són explosions còsmiques de mil·lisegons que produeixen cadascuna l’energia equivalent a la producció anual del sol. La seva naturalesa perplexa continua sorprenent als científics més de 15 anys després que es descobrís per primera vegada els polsos de l’espai profund de les ones de ràdio electromagnètiques. Ara, la investigació recentment publicada només aprofundeix en el misteri que els envolta.

Noves observacions inesperades d’una sèrie de ràfegues còsmiques d’un equip internacional de científics desafien la comprensió predominant de la naturalesa física i el motor central dels FRB. Els investigadors, que inclouen l’astrofísic de la Universitat de Nevada, Las Vegas (UNLV), Bing Zhang, van publicar les seves conclusions al número del 21 de setembre de la revista. Naturalesa.

El radiotelescopi esfèric d’obertura de cinc-cents metres (FAST) es troba en una depressió natural del paisatge de Guizhou, Xina. És el radiotelescopi monoplat més gran del món, amb una antena de 500 metres (1.600 peus) de diàmetre i una àrea de recepció equivalent a 30 camps de futbol. Es preveu que FAST mantindrà el seu estatus de classe mundial durant els propers 20 o 30 anys. Amb el seu disseny innovador, FAST ha trencat el límit d’enginyeria de 100 metres per a la construcció de telescopis i ha creat un nou mode per construir grans radiotelescopis.

Les observacions còsmiques FRB es van fer a finals de la primavera de 2021 mitjançant el massiu radiotelescopi esfèric d’obertura de cinc-cents metres (FAST) a la Xina. L’equip va detectar 1.863 ràfegues en 82 hores durant 54 dies des d’una font activa de ràdio ràpida anomenada FRB 20201124A. Els científics van ser dirigits per Heng Xu, Kejia Lee, Subo Dong de la Universitat de Pequín i Weiwei Zhu dels Observatoris Astronòmics Nacionals de la Xina, juntament amb Zhang.

“Aquesta és la mostra més gran de dades FRB amb informació de polarització d’una sola font”, va dir Lee.

Observacions recents d’una ràdio ràpida des del nostre[{” 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,