Tähtitieteilijät havaitsevat tähän mennessä kaukaisimmat nopeat radiopurskeet

eso2317 — Tiedejulkaisu 19. lokakuuta 2023

Kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut kosmisten radioaaltojen etäräjähdyksen, joka kestää alle millisekunnin. Tämä "nopea radiopurske" (FRB) on kaukaisin koskaan havaittu. Sen lähde havaittiin Euroopan eteläisen observatorion (ESO) Very Large Telescope -teleskoopin (VLT) avulla galaksissa niin kaukana, että sen valon saapuminen meille kesti kahdeksan miljardia vuotta. FRB on myös yksi energisimmistä koskaan havaituista; sekunnin murto-osassa se vapautti vastaavan määrän Auringon säteilemän kokonaisenergia määrää 30 vuoden aikana.

Havainnekuva kaukaisesta FRB havainnosta galaksienvälisestä avaruudesta. Kuva ESO.

FRB 20220610A -nimisen purskeen löytö tehtiin viime vuoden kesäkuussa australialaisen ASKAP- radioteleskoopin [1] avulla, ja se löi tutkimusryhmän aiemman etäisyysennätyksen 50 prosentilla.

"Käyttämällä ASKAPin radioteleskooppeja pystyimme määrittämään tarkasti, mistä purkaus tuli", sanoo Australian Macquarien yliopiston tähtitieteilijä Stuart Ryder ja tänään Science -lehdessä julkaistun tutkimuksen toinen johtaja. "Sitten käytimme [ESOn VLT:tä ] Chilessä etsimään lähdegalaksia [2] ja havaitsimme sen olevan vanhempi ja kauempana kuin mikään muu FRB-lähde, joka on löydetty tähän mennessä ja todennäköisesti pienestä sulautuvien galaksien ryhmästä."

Löytö vahvistaa, että FRB:itä voidaan käyttää galaksien välisen "puuttuvan" aineen mittaamiseen, mikä tarjoaa uuden tavan "punnita" maailmankaikkeutta.

Nykyiset menetelmät maailmankaikkeuden massan arvioimiseksi antavat ristiriitaisia ​​vastauksia ja haastavat kosmologian standardimallin. "Jos laskemme yhteen maailmankaikkeuden normaalin aineen määrän – atomien, joista me kaikki koostumme –, huomaamme, että yli puolet siitä, mitä siellä pitäisi olla tänään, puuttuu", sanoo professori Ryan Shannon, Swinburnen yliopistosta. Australiassa, joka myös johti tutkimusta. "Uskomme, että puuttuva aine piileskelee galaksien välisessä tilassa, mutta se voi vain olla niin kuumaa ja hajanaista, että sitä on mahdoton nähdä normaaleilla tekniikoilla."

”Nopeat radiopurskeet tunnistavat tämän ionisoidun materiaalin. Jopa lähes täysin tyhjässä avaruudessa he voivat "nähdä" kaikki elektronit, ja sen avulla voimme mitata, kuinka paljon tavaraa on galaksien välillä", Shannon sanoo.

Kaukaisten FRB:ien löytäminen on avainasemassa universumin puuttuvan aineen tarkan mittaamisen kannalta, kuten edesmennyt australialainen tähtitieteilijä Jean-Pierre ('J-P') Macquart osoitti vuonna 2020. "J-P osoitti, että mitä kauempana nopea radiopurske on, sitä hajaantuneempaa kaasu on galaksien välistä. Tämä tunnetaan nykyään Macquart-relaationa. Jotkut viimeaikaiset nopeat radiopurskeet näyttivät rikkovan tämän suhteen. Mittauksemme vahvistavat, että Macquart-suhde kattaa yli puolet tunnetusta maailmankaikkeudesta", Ryder sanoo.

"Vaikka emme vielä tiedä, mikä aiheuttaa nämä massiiviset energiapurkaukset, tutkimus vahvistaa, että nopeat radiopurskeet ovat yleisiä tapahtumia kosmoksessa ja että voimme käyttää niitä aineen havaitsemiseen galaksien välillä ja ymmärtämään paremmin universumin galaksien rakennetta", Shannon sanoo.

Tulos edustaa nykypäivän kaukoputkella saavutettavissa olevan rajan, vaikka tähtitieteilijöillä on pian työkalut havaita jopa vanhempia ja kauempana olevia purkauksia, paikantaa niiden lähdegalaksit ja mitata maailmankaikkeudesta puuttuvaa ainetta. Kansainvälinen Square Kilometer Array Observatory rakentaa parhaillaan kahta radioteleskooppia Etelä-Afrikkaan ja Australiaan, jotka pystyvät löytämään tuhansia FRB:itä, mukaan lukien hyvin kaukaiset, joita ei voida havaita nykyisillä laitteilla. ESO:n Extremely Large Telescope , Chilen Atacaman autiomaassa rakenteilla oleva 39-metrinen teleskooppi, tulee olemaan yksi harvoista teleskoopeista, jotka pystyvät tutkimaan purkausten lähdegalaksia vielä kauempana kuin FRB 20220610A.

Huomautuksia

[1] ASKAP-teleskoopin omistaa ja sitä käyttää Australian kansallinen tiedetoimisto CSIRO Wajarri Yamajin maassa Länsi-Australiassa.

[2] Ryhmä käytti ESO:n VLT: ssä FOcal Reducerilla ja matalan dispersion Spectrograph 2:lla ( FORS2 ), X-shooterilla ja High Acuity Wide-field K-band Imager ( HAWK-I ) -instrumenteilla saatuja tietoja. Tutkimuksessa käytettiin myös Havaijilla, Yhdysvalloissa sijaitsevan Keck-observatorion tietoja.

Arecibon 305 metrin radioteleskooppi romahti

Puerto Ricossa sijaitseva Arecibon radioteleskooppi romahti joulukuun 1. päivänä kello 7.55 paikallista aikaa. Ennen romahdusta teleskoopin havaintoalustaa kannattelevissa vaijereissa oli havaittu vikoja ja yksi niistä oli katkennut viime elokuussa.

Arecibon radioteleskoopin vaijereiden kunto selviää tästä kuvasta, jossa näkyy selvästi vaijereiden yksittäisten lankojen katkenneet päät. Kuva Arecibo Observatory.

Katkeamisen seurauksena muut kannatusvaijerit joutuivat suuremman kuormituksen alaiseksi ja päävaijeri katkesikin 6. marraskuuta. Katkeamisen seurauksena alue eristettiin, sillä droonilla tehdyn tarkastuslennon jälkeen vaijerien kunto todettiin huonoksi ja romahdusvaaraa pidettiin suurena. Observatoriolla oli kuitenkin jo korjaussuunnitelma ja valmistelut sen aloittamiseen olivat meneillään.

Radioteleskooppi valmistui käyttöön 1. marraskuuta vuonna 1963. Se oli rakennettu lähes pyöreään painanteeseen, jonka reunoja hieman muokkaamalla saatiin 305 m radioteleskoopin pääpeili rakennettua vaijereista ja alumiiniliuskoista. Peili kiinnitettiin ja tuettiin reunoistaan. Sen sijaan havaintolaitealustaa kannattelevat vaijerit kiinnitettiin kolmeen teräsrakenteiseen torniin. Pääpeilin polttoväli oli 135 metriä ja pinta-ala 73 000 m2.

Radioteleskooppi teki havaintoja 3 cm – 1 metrin aallonpituudella (10 GHz – 300 MHz).

Romahtamiseen johtaneet syyt lienevät hyvin selvät. Teleskoopin valmistumisesta oli jo lähes 60 vuotta, se oli joutunut useamman trooppisen hirmumyrkyn kouriin ja sitä rasitti Puerto Rico trooppinen, hyvin kostea ilmasto.

Vaijereiden kuormitus katkoi vajereiden yksittäisiä lankoja, joita yhdessä vaijerissa oli 160, yksi toisensa perään, jolloin jäljelle jääviin lankoihin kohdistui entistä suurempi vetävä kuormitus. Myös havaintoalustaa kannattelevissa terästorneissa oli havaittu korroosiovaurioita. Kannatin tornien huiput katkesivat ja koko havaintolaitealusta romahti alapuolella olevan pääpeilin päälle ja maahan asti.

Vaurioita oli viime vuosina kertynyt siinä määrin, että teleskooppi oli päätetty purkaa marraskuun vaijerikatkon jälkeen. Vielä elokuun vaijerikatkon jälkeen suunnitelmana oli kunnostaa teleskooppi, vaikka epäilyjä sen kunnosta olikin olemassa.

Päivitys 4.12.2020

Katso myös video romahduksesta

https://www.sciencealert.com/images/2020-12/processed/arecibo_collapse_drone_footage.gif

ja

https://twitter.com/i/status/1334543241996365825