Fast Radio Bursts (FRB) har blivit ett stort fokus för forskning under det senaste decenniet. I radioastronomi hänvisar detta fenomen till övergående radiopulser som kommer från avlägsna kosmologiska källor, som vanligtvis endast varar några millisekunder i genomsnitt. Sedan den första händelsen upptäcktes 2007 ("Lorimer Burst") har trettiofyra FRB observerats, men forskare är fortfarande inte säkra på vad som orsakar dem.
Med teorier som sträcker sig från exploderande stjärnor och svarta hål till pulsars och magnetar - och till och med meddelanden som kommer från utomjordiska intelligenser (ETI) - har astronomer varit fast beslutna att lära sig mer om dessa konstiga signaler. Och tack vare en ny studie av ett team av australiska forskare, som använde Australia Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), har antalet kända FRB: s källor nästan fördubblats.
Studien som beskriver deras forskning, som nyligen dök upp i tidskriften Natur, leddes av Dr. Ryan Shannon - en forskare från Swinburne University of Technology och OzGrav ARC Center of Excellence - och inkluderade medlemmar från International Center for Radio Astronomy Research (ICRAR), Australia Telescope National Facility (ATNF), ARC Center of Excellence for All-Sky Astrophysics (CAASTRO) och flera universitet.
Som de säger i sin studie har försök att förstå FRB: er i sin helhet hindrats av ett antal faktorer. För det första har tidigare sökningar genomförts med teleskop som varierar med avseende på känslighet, vid en rad olika radiofrekvenser och i miljöer med olika nivåer av radiofrekvensinterferens - som är resultatet av mänsklig aktivitet.
För det andra har tidigare sökningar varit komplicerade av källornas övergående karaktär och den dåliga vinkellösningen att upptäcka instrument, vilket har resulterat i osäkerhet när det gäller källorna till FRB: er och deras ljusstyrka. För att ta itu med detta genomförde teamet en välkontrollerad radiofältundersökning med bred fält för en serie skurar som upptäcktes 2016 och spårades till en dvärggalax som ligger 3,7 miljarder ljusår bort.
Teamet genomförde denna undersökning med hjälp av ASKAP-matrisen, världens snabbaste radioundersökningsteleskop beläget i västra Australien. ASKAP-gruppen är designad och konstruerad av Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO) och består av 36 "skålen" -antenner som är spridda över en terrängsträcka med en diameter på 6 km (3,7 mi).
Med hjälp av denna matris, som är föregångaren till det framtida teleskopet Square Kilometer Array (SKA), undersökte forskargruppen skurarna från denna avlägsna kosmologiska källa. Förutom att hitta fler FRB på ett enda år än någon tidigare undersökning, observerade de också att signalerna kom från källor mycket längre bort än tidigare trott. Som Dr Shannon förklarade i ett ICRAR-pressmeddelande:
"Vi har hittat 20 snabba radiobrister på ett år, nästan fördubblat antalet som upptäckts över hela världen sedan de upptäcktes 2007. Genom att använda den nya tekniken på Australia Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) har vi också bevisat att snabba radiobrister kommer från andra sidan universum snarare än från vår egen galaktiska stadsdel. ”
Uppföljningsobservationer genomförda mellan 8 och 46 dagar efter de första upptäckterna fann att ingen av skurarna upprepade. De 20 skurarna som de upptäckte inkluderade också de närmaste källorna som någonsin har observerats, för att inte tala om de ljusaste. Deras resultat visade också att det finns ett samband mellan spridning av sprängning och ljusstyrka samt intensitet och avstånd.
Anledningen till detta har att göra med det faktum att mer avlägsna skur reser i miljarder ljusår innan de når jorden. Under sin resa passerar de material som ligger mellan källan och jorden (som gasmoln), vilket har en effekt på dem. Som Dr. Jean-Pierre Macquart, från Curtin University-noden i ICRAR och en medförfattare på tidningen, förklarade:
”Varje gång detta händer bromsas de olika våglängderna som utgör en bristning med olika mängder. Så småningom når sprängen jorden med sin spridning av våglängder som anländer till teleskopet vid något olika tidpunkter, som simmare vid en mållinje. När man ställer in de olika våglängdernas ankomst berättar vi hur mycket material bristen har rest genom på sin resa. Och eftersom vi har visat att snabba radiobrister kommer långt ifrån, kan vi använda dem för att upptäcka allt saknat material som finns i utrymmet mellan galaxer - vilket är en riktigt spännande upptäckt. "
Tack vare denna senaste grupp av upptäckter förstår forskare nu att FRB: erna som hittills har upptäckt har sitt ursprung på den andra sidan av kosmos, snarare än inom vår galax. Men vi är fortfarande inte närmare att bestämma vad som orsakar dem eller vilka galaxer de kommer från. Men med ett forskningsprov som nu består av 48 upptäckter kommer forskare sannolikt att lära sig mycket mer under de kommande åren.
För Dr. Shannon och hans forskarteam kommer nästa utmaning att identifiera platserna för skurar på himlen. "Vi kommer att kunna lokalisera skurarna till bättre än en tusendels grad," sade han. "Det handlar om bredden på ett människohår sett tio meter bort, och tillräckligt bra för att binda varje skur till en viss galax."
Och under tiden förväntas studien av FRB också leda till några stora genombrott inom astronomin. Redan använde ett team av CSIRO-forskare Parkes Observatory i Australien för att upptäcka en FRB 2016, som sedan observerades av flera observatorier runt om i världen. Som ett resultat kunde teamet identifiera källan (en elliptisk galax som ligger 6 miljarder ljusår bort) och bestämma signalens rödförskjutning.
Denna enastående prestation gjorde det möjligt för forskarteamet att mäta tätheten för det mellanliggande ämnet mellan denna galax och Jorden, vilket bekräftade att våra nuvarande modeller för att mäta materialtäthet i universum är korrekta. Med andra ord kunde teamet hitta universums ”saknade materia” med hjälp av FRB: er som en mätpinne. Eller som Dr. Jean-Pierre Macquart, universitetslektor vid Curtin University och en av forskarna ansvariga för upptäckten, uttryckte det:
”[FRB] är i själva verket fysiklaboratorier som undersöker extrema materia och energi som vi inte kan få tillgång till i jordlaboratorier. Och det är just denna typ av fysik som kommer att driva framtida tekniska framsteg i kommande generationer. ”
Ny forskning har också fastställt att FRB: er är en mycket vanlig kosmologisk händelse som inträffar ungefär en gång per sekund i vårt universum. Med kraftfulla observationsverktyg som kommer snart online - till exempel Square Kilometre Array (SKA), den stora latinamerikanska millimetrisgruppen (LLAMA) och Qitai 110m radioteleskopet - kommer forskarna säkert att observera många fler FBR-enheter inom en snar framtid.
Med varje ny upptäckt kommer vi att lära oss mer om vad som orsakar dessa konstiga blixtar och hur de kan användas för att låsa upp våra universums mysterier. Under tiden, se till att kolla in den här intervjun med Dr. Shannon och upptäckteamet, med tillstånd av CSIRO:
