1. Scroll
  2. /
  3. Technologia
  4. /
  5. FRB, czyli szybkie błyski radiowe – czym dokładnie są?

Technologia

29.10.2021 12:55

FRB, czyli szybkie błyski radiowe – czym dokładnie są?

Nauka
8
0
0
8
0

Szybki błysk radiowy (FRB) lub pozagalaktyczny krótki sygnał radiowy to milisekundowa transmisja fal elektromagnetycznych o nieznanym pochodzeniu. Opublikowane niedawno badania z roku 2019 wykazały nowy rekord w ich obserwacji: 1652 sygnały w 47 dni.

FRB – wyjaśnienie zjawiska

Fast Radio Burst, czy też Extragalactic Fast Radio Transient, to krótkotrwała emisja sygnału radiowego o nieznanym pochodzeniu i potężnej sile – naukowcy określają, że ich domniemane źródła emitują w ciągu kilku milisekund tyle energii, ile przez trzy dni generuje Słońce. Mimo to siła transmisji, z jaką błysk dociera do Ziemi, jest około tysiąc razy mniejsza niż ta, która byłaby potrzebna do wykonania hipotetycznego połączenia telefonicznego z Księżyca na glob.

Na chwilę obecną badacze ustalili dwa rodzaje sygnałów FRB. Oprócz unikalnych, emitowanych z różnych miejsc Kosmosu błysków, naukowcy wyróżniają również takie o podobnej specyfice ich domniemanego źródła. Te charakterystyczne sygnały nie tylko trwają dłużej niż jednorazowe FRB, ale cechują się również krótszym zakresem emitowanych fal.

Sygnał FRB
Artystyczna wizja sygnału FRB docierającego do Ziemi – długość fal oznaczono kolorami: na czerwono przedstawiono fale długie, na niebieskie – krótkie | Źródło: space.com

Potwierdzenie tych ustaleń było możliwe dzięki projektowi CHIME (ang. Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment„Kanadyjski Eksperyment Mapowania Intensywności Wodoru”). Cyfrowy radioteleskop, który obsługiwał ten projekt, miał początkowo służyć do obserwacji drgań atomów wodoru emitującego fale radiowe. Zdolność urządzenia do obserwacji praktycznie połowy ziemskiego nieba skłoniła jednak naukowców do wykorzystania go w innym celu.

Dzięki czterem stacjonarnym cylindrom radarowym, które kształtem i rozmiarem przypominają rampy skateboardowe, możliwe jest skanowanie pokaźnych partii Kosmosu: pole widzenia CHIME „przesuwa się” wraz z obrotowym ruchem Ziemi. W latach 2018-2019 dzięki urządzeniu udało się namierzyć 535 nowych sygnałów FRB, spośród których 61 było związanych z 18 tożsamymi obiektami astronomicznymi.

Sygnał Lorimera, czyli historia obserwacji FRB

Pierwszy pozagalaktyczny błysk wykryto w 2007 roku dzięki obserwacji archiwalnych materiałów z australijskiego Parkes Observatory, jeszcze przed powstaniem właściwej nazwy dla tego zjawiska. Sam termin Fast Radio Burst został użyty dopiero w 2013 roku przez Dana Thorntona. Duncan Lorimer oraz David Narkevic, naukowiec i jego student z Uniwersytetu Wirginii Zachodniej, poddali analizie dane zebrane w 2001 roku przez 64-metrowy radioteleskop, który 24 czerwca tamtego roku wykrył rozproszony błysk trwający niespełna 5 milisekund.

Sprawdź też: Pulsary, czyli gwiazdy neutronowe – czym są? Co dało ludziom obserwowanie pulsarów?

Zdarzenie znane dziś pod nazwą FRB 010724 zlokalizowano nieopodal Małego Obłoku Magellana – galaktyki karłowatej położonej około 200 tysięcy lat świetlnych od Ziemi i będącej naturalnym satelitą Drogi Mlecznej. W przeciągu kolejnych 90 godzin od zarejestrowania błysku nie udało się zaobserwować żadnych bliźniaczych zdarzeń, stąd badacze uznali, że potencjalnym źródłem sygnału musiała być pojedyncza potężna eksplozja pokroju wybuchu supernowej.

Na podstawie tego odkrycia naukowcy wysnuli teorię na temat ewentualnego istnienia setek takich wybuchów dziennie oraz – zważywszy na szereg danych, jakie można uzyskać na podstawie analizy trajektorii sygnałów – możliwości wykorzystania ich formie jedynych w swoim rodzaju sond kosmicznych działających wstecz.

Co odpowiada za szybkie błyski radiowe? Najpopularniejsze teorie

Jedną z najpopularniejszych teorii na temat pochodzenia błysków FRB jest ta o sygnałach generowanych przez przeobrażenia ciała niebieskich w tzw. magnetary. Powstają one w wyniku zapadania grawitacyjnego gwiazd przekraczających masę Słońca o co najmniej kilkadziesiąt razy. Pole magnetyczne w pobliżu magnetarów jest na tyle silne, że może spowodować samoczynne próżniowe powstawanie elektronów. Atomy te, przemierzając pole magnetyczne, stają się zarazem potężnymi emiterami fal radiowych.

Kolejną z hipotez dotyczących źródła szybkich błysków radiowych są potencjalne fuzje gwiazd neutronowych. W tej hipotetycznej sytuacji ciała niebieskie zachowują się niczym gigantyczne magnesy – zbliżające się do siebie gwiazdy doprowadzają do drastycznych zmian w obrębie lokalnych pól magnetycznych. Zdarzenie skutkuje wybuchem o gigantycznej sile, która dociera na Ziemię właśnie w formie błysków radiowych.

Istnieje również szereg teorii, które za ewentualną przyczynę rejestrowanych błysków FRB uznają zjawisko zwane śmiercią gwiazdy. Ulegające zapadaniu grawitacyjnemu obiekty astronomiczne mogą przybierać szerokie spektrum pośmiertnych form, takich jak wspomniane wyżej magnetary czy czarne dziury.

Pulsary na przykład, będące specyficznym rodzajem gwiazd neutronowych, emitują wiązki promieniowania elektromagnetycznego w trakcie swojego ruchu obrotowego. W przypadku postępującej z czasem utraty prędkości rotacji, gwiazda traci zdolność utrzymywania się w przestrzeni i zapada się. Towarzyszący zdarzeniu wybuch może zostać zarejestrowany przez radioteleskop jako krótki sygnał radiowy. Co ciekawe, hipoteza ta jest zalążkiem kolejnej teorii, która mówi o potencjalnej formie pośmiertnej pulsarów znanej jako blitzar.

Sprawdź też: Biały karzeł, czyli czym zostaje gwiazda po śmierci?

Blitzar – hipotetyczne źródło FRB

Wysnuta w 2013 roku przez Heino Falckego i Luciano Rezzollę teoria o potencjalnym źródle FRB wskazuje na spekulatywne zjawisko dotyczące zapadania się gwiazd neutronowych. Hipoteza zakłada na tyle szybki ruch obrotowy umierającej gwiazdy, że jej siła odśrodkowa zdolna jest oprzeć się grawitacji – nawet pomimo masy umożliwiającej zapadnięcie się w czarną dziurę.

Wirująca gwiazda wyrzuca energię przez pole magnetyczne, spowalniając swój ruch obrotowy – proces ten może zająć nawet kilka milionów lat. Kiedy rotacja blitzara zwolni do stopnia, w którym siła odśrodkowa przestaje opierać się grawitacji, powstaje czarna dziura odcinająca pole magnetyczne gwiazdy od jego źródła energii. Zdarzenie to, czysto teoretycznie, może skutkować natychmiastową emisją w formie sygnału radiowego o potężnym zasięgu.

FRB 121102
FRB 121102 to jedno z niewielu znanych nam źródeł regularnych sygnałów FRB | Źródło: noirlab.edu

FRB vs. GRB – czym się różnią?

Rozbłyski gamma, znane jako GRB (ang. Gamma-Ray Burst), to eksplozje będące najsilniejszym źródłem promieniowania we Wszechświecie. Zdarzenia te są w stanie wygenerować w ciągu kilku sekund tyle energii, ile Słońce produkuje przez 10 miliardów lat. Podobnie jak w przypadku FRB, ustalenie przyczyn rozbłysków gamma każdorazowo stanowi wyzwanie ze względu na ich olbrzymią odległość od Układu Słonecznego.

Zasadniczą różnicą między FRB a GRB jest fakt, że fotony emitowane przez te drugie są spolaryzowane. Cząsteczki, mimo początkowo jednostajnego ruchu w określonym kierunku, z czasem zmieniają swoją trajektorię – przyczyna tego zjawiska nie jest jeszcze znana, jednak zaobserwowano, że pozbawione polaryzacji pary fotonów mogą zmierzać w zupełnie losowe rejony Wszechświata.

Charakterystyka FRB sprawia, że mimo wielu tajemnic, które skrywają te zjawiska, mogą one stanowić interesujące źródło informacji na temat kosmicznych megastruktur. Analiza drogi, jaką przebywa sygnał od swojego nieustalonego źródła, bez wątpienia dostarcza wielu ciekawych danych na temat otaczającej nas materii we Wszechświecie.

Źródło obrazu głównego: sci-news.com

8
0

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.