Kada je magnetar u galaksiji Mlečni put izbacio baklju kolosalno moćnih radio talasa 2020. godine, naučnici su konačno imali konkretne dokaze da utvrde poreklo brzih radio rafala.
Nova zapanjujuća studija sada je suzila mehanizam. Proučavajući treperavu svetlost brzog radio rafala otkrivenog 2022. godine, tim astronoma je pronašao njegov izvor do snažnog magnetnog polja oko magnetara, u galaksiji udaljenoj 200 miliona svetlosnih godina.
To je prvi ubedljiv dokaz da brzi radio rafali mogu da se pojave iz magnetosfera magnetara.
„U ovim okruženjima neutronskih zvezda, magnetna polja su zaista na granicama onoga što Univerzum može da proizvede“, kaže astrofizičar Kenzi Nimo sa Tehnološkog instituta u Masačusetsu (MIT).
„Bilo je mnogo debata o tome da li bi ova sjajna radio emisija uopšte mogla da pobegne iz te ekstremne plazme.“
Brzi radio rafali (FRB) zbunili su naučnike otkako su prvi put otkriveni 2007. godine. Oni su, kao što ime govori, izuzetno kratki rafali radio-emisije, koji traju samo milisekunde. Takođe su izuzetno moćni, ponekad oslobađaju više energije od 500 miliona Sunaca u tom kratkom treptaju vremena.
FRB-ove je teško proučavati jer većinu vremena pucaju samo jednom. To ih čini nemogućim za predviđanje, a teško – ali ne i nemogućim – ući u trag do izvora. Određeni broj jednokratnih FRB-ova je praćen do galaksija u milionima do milijardi svetlosnih godina prostor-vremena.
Astronomi takođe mogu da ispitaju svojstva radio svetlosti, kao što je njena polarizacija, da bi otkrili kroz koju vrstu okruženja je putovala na putu do Zemlje. Koje vrste zvezda mogu da emituju FRB još uvek je u velikoj meri misterija, ali sve više dokaza sve više implicira magnetare.
Magnetari su posebno neobične neutronske zvezde, koje su same po sebi izuzetno gusti ostaci jezgra koji ostaju nakon što masivna zvezda postane supernova. Ali magnetari imaju mnogo snažnija spoljašnja magnetna polja od običnih neutronskih zvezda – oko 1.000 puta jače. Oni su najmoćnija magnetna polja u Univerzumu.
„Oko ovih visoko magnetnih neutronskih zvezda, takođe poznatih kao magnetari, atomi ne mogu postojati – oni bi se jednostavno rastrgali magnetnim poljima“, kaže fizičar Kijoši Masui sa MIT-a.
„Ovde je uzbudljivo to što otkrivamo da se energija uskladištena u tim magnetnim poljima, blizu izvora, uvija i rekonfiguriše tako da se može osloboditi kao radio talasi koje možemo videti na pola Univerzuma.“
Da bi pratili poreklo FRB-a, Nimmo i njene kolege su proučavale svojstvo poznato kao scintilacija u događaju poznatom kao FRB 20221022A, prvi put otkrivenom 2022. godine, a zatim praćenom do galaksije udaljene 200 miliona svetlosnih godina. Scintilacija je ono što čini da zvezde svetlucaju – izobličenje putanje svetlosti dok putuje kroz gas u svemiru. Što je dužina pređena, to je svetlucanje jače.
FRB 20221022A je prilično dobar standard, što se tiče FRB-a. Bio je umereno dug, oko 2 milisekunde, i umereno snažan. Ovo ga čini odličnom studijom slučaja za pokušaj razumevanja svojstava drugih FRB-ova.
Prateći rad koji proučava polarizaciju svetlosti iz FRB 20221022A – stepen do kojeg je orijentacija njegovih talasa uvrnuta – pronašao je zamah ugla u obliku slova S u skladu sa rotirajućim objektom, prvi za FRB. Ovo sugeriše da signal potiče iz veoma blizu rotirajućeg objekta.
Nimmo i kolege su shvatili da, ako mogu da odrede stepen scintilacije u FRB 20221022A, mogu izračunati veličinu regiona iz kojeg potiče. Svetlost iz FRB-a pokazala je snažnu scintilaciju, dovodeći istraživače u gasni region koji je izobličio signal. Koristeći to gasno područje kao sočivo, suzili su izvor FRB-a na 10.000 kilometara (6.213 milja) od njegovog izvora magnetara.
„Uvećavanje regiona od 10.000 kilometara, sa udaljenosti od 200 miliona svetlosnih godina, je kao da možete da izmerite širinu spirale DNK, koja je široka oko 2 nanometra, na površini Meseca“, kaže Masui. „Uključen je neverovatan raspon skala.“
To je prvi ubedljiv dokaz da ekstragalaktički FRB mogu da potiču iz magnetosfere visoko magnetizovanih neutronskih zvezda. Ali to je više od toga. Tehnike koje koristi tim pokazuju da scintilacija može biti moćna sonda za druge FRB-ove, tako da astronomi mogu da pokušaju da shvate koliko bi oni mogli biti raznovrsni – i da li bi druge vrste zvezda takođe mogle da podignu moćne erupcije.
„Ovi rafali se uvek dešavaju“, kaže Masui. „Možda postoji mnogo raznolikosti u tome kako i gde se javljaju, a ova tehnika scintilacije će biti zaista korisna u pomaganju da se razdvoji različita fizika koja pokreće ove rafale.“
Istraživanje je objavljeno u časopisu Priroda.
