Коли астрономи вперше відзначили виявлення швидкого вибуху радіо (FRB) у 2007 році (він же "Лоримерський вибух"), вони були вражені та заінтриговані. Цей високоенергетичний вибух радіоімпульсів, який тривав лише кілька мілісекунд, здається, виходить за межі нашої галактики. З цього часу астрономи знайшли докази багатьох ФРБ у раніше записаних даних, і досі спекулюють, що їх викликає.
Завдяки наступним відкриттям та дослідженням астрономи тепер знають, що ФРБ набагато частіше, ніж вважалося раніше. Насправді, згідно з новим дослідженням групи дослідників Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики (CfA), ФРБ можуть виникати один раз на секунду в межах Всесвіту, що спостерігається. Якщо це правда, ФРБ можуть бути потужним інструментом для дослідження походження та еволюції космосу.
Нещодавно з'явилося дослідження під назвою "Швидкий радіо вибух відбувається щосекунди у всій спостережуваній Всесвіті" Листи до астрофізичного журналу. Дослідженням керувала Анастасія Фіалков, науковий співробітник та науковий співробітник Інституту теорії та обчислень CfA (ITC). До неї приєдналися професор Авраам Лоб, директор ІТЦ та Френк Б. Бейрд, молодший професор науки з Гарварду.
Як зазначалося, ФРБ залишаються таємницею з моменту їх першого виявлення. Їх причини не тільки залишаються невідомими, але багато про їх справжню природу все ще не зрозуміло. Як розповів доктор Фіалков Space Magazine електронною поштою:
“ФРБ (або швидкі радіовибухи) - це астрофізичні сигнали невизначеного характеру. Спостережувані сплески короткої (або мілісекундної) тривалості, яскравих імпульсів у радіочасті електромагнітного спектру (на частотах ГГц). Досі спостерігалися лише 24 сплески, і ми досі не знаємо напевно, які фізичні процеси викликають їх. Найбільш правдоподібне пояснення полягає в тому, що вони запускаються обертанням намагнічених нейтронних зірок. Однак цю теорію слід підтвердити ».
Заради свого дослідження Фіалков і Лоб покладалися на спостереження, зроблені декількома телескопами повторюваного швидкого радіо вибуху, відомого як FRB 121102. Цей FRB вперше спостерігали дослідники, використовуючи радіотелескоп Arecibo в Пуерто-Рико, і з тих пір був підтверджено, що він походить з галактики, розташованої за 3 мільярди світлових років у напрямку сузір'я Ауріга.
З моменту його виявлення були виявлені додаткові вибухи, що надходили з його місця, що робить FRB 121102 єдиним відомим прикладом повторюваного FRB. Цей повторюваний характер також дозволив астрономам провести детальніші дослідження, ніж будь-який інший ФРБ. Як розповів професор Льоб "Космічний журнал" електронною поштою, ці та інші причини зробили його ідеальною ціллю для вивчення
“FRB 121102 - єдина FRB, для якої було визначено галактику господаря та відстань. Це також єдине повторюване джерело FRB, з якого ми досі виявили сотні ФРБ. Радіоспектр її ФРБ зосереджений на характерній частоті і не охоплює дуже широкої смуги. Це має важливе значення для виявлення таких ФРБ, оскільки для того, щоб знайти їх, радіообсерваторія повинна бути налаштована на їх частоту ".
Спираючись на те, що відомо про FRB 121102, Фіалков та Лоб провели ряд розрахунків, за якими припускали, що його поведінка є репрезентативною для всіх FRB. Потім вони спроектували, скільки ФРБ буде існувати на всьому небі, і визначили, що всередині спостережуваного Всесвіту ФРБ, ймовірно, відбуватиметься раз на секунду. Фіалков пояснив:
"Припускаючи, що ФРБ виробляються галактиками певного типу (наприклад, аналогічно FRB 121102), ми можемо обчислити, скільки ФРБ повинно бути вироблено кожною галактикою для пояснення існуючих спостережень (тобто 2000 на небо в день). Зважаючи на це число, ми можемо зробити висновок про рівень виробництва для всієї сукупності галактик. Цей розрахунок показує, що ФРБ виникає щосекунди під час обліку всіх слабких подій. "
Хоча точна природа та походження ФРБ досі невідомі - пропозиції включають обертові нейтронні зірки та навіть чужий інтелект! - Фіалков і Лоб вказують на те, що їх можна було використовувати для вивчення структури та еволюції Всесвіту. Якщо вони дійсно трапляються з такою регулярною частотою по всьому космосу, то більш віддалені джерела можуть виступати в ролі зондів, на які астрономи могли б покластися, щоб опустити глибини космосу.
Наприклад, на величезних космічних відстанях є значна кількість інтервенційного матеріалу, який астрономам ускладнює вивчення космічного мікрохвильового фону (CMB) - залишкового випромінювання від Великого вибуху. Дослідження цього інтервенційного матеріалу можуть призвести до нових оцінок того, наскільки щільним є простір - тобто, скільки його складається із звичайної речовини, темної матерії та темної енергії - та як швидко вона розширюється.
І як зазначив проф. Лоб, ФРБ можна було б також використовувати для дослідження постійних космічних питань, наприклад, як закінчився "Темний вік" Всесвіту:
“FRB можна використовувати для вимірювання стовпчика вільних електронів до їх джерела. Це можна використовувати для вимірювання щільності звичайної речовини між галактиками у сучасному Всесвіті. Крім того, ФРБ в ранні космічні часи можна використовувати, щоб дізнатись, коли ультрафіолетове світло перших зірок розірвало первісні атоми водню, що залишилися від Великого вибуху, на їх складові електрони та протони ».
"Темний вік", що стався між 380 000 і 150 мільйонами років після Великого вибуху, характеризувався "туманом" атомів водню, що взаємодіють з фотонами. Як наслідок цього, випромінювання цього періоду не виявляється нашими чинними інструментами. В даний час вчені досі намагаються вирішити, як Всесвіт здійснила перехід між цими «Темними століттями» та наступними епохами, коли Всесвіт наповнився світлом.
Цей період "реіонізації", який відбувся через 150 мільйонів до 1 мільярда років після Великого вибуху, був тоді, коли утворилися перші зірки та квазари. Загальноприйнято вважати, що УФ-світло від перших зірок у Всесвіті рухається назовні, щоб іонізувати газ водню (очищуючи таким чином туман). Недавнє дослідження також припустило, що чорні діри, що існували в ранньому Всесвіті, створили необхідні "вітри", які дозволили цьому іонізуючому випромінюванню вийти.
З цією метою ФРБ можна було б використати для дослідження цього раннього періоду Всесвіту та визначення того, що порушило цей «туман» і дозволило світлу вирватися. Вивчення дуже віддалених ФРБ може дозволити вченим вивчити, де, коли і як відбувся цей процес "реіонізації". Забігаючи наперед, Фіальков і Лоб пояснили, як майбутні радіотелескопи зможуть виявити багато ФРБ.
"Майбутні радіообсерваторії, як квадратний кілометровий масив, будуть досить чутливими для виявлення ФРБ з першого покоління галактик на межі спостережуваної Всесвіту", - сказав професор Лоб. "Наша робота дає першу оцінку кількості та властивостям перших спалахів радіохвиль, що загорілися у дитячому Всесвіті".
А потім - Канадський експеримент з картографування інтенсивності водню (CHIME) в Астрофізичній обсерваторії Радіо Домініон в Британській Колумбії, яка нещодавно почала діяти. Ці та інші інструменти будуть служити потужним інструментом для виявлення ФРБ, який, в свою чергу, може бути використаний для перегляду раніше небачених регіонів часу та простору та розблокування деяких найглибших космологічних загадок.
"Ми виявимо, що телескоп наступного покоління (з набагато кращою чутливістю, ніж існуючий) очікується, що побачить набагато більше FRB, ніж те, що спостерігається сьогодні", - сказав доктор Фіалков. «Це дозволило б охарактеризувати кількість населення ФРБ та визначити їх походження. Розуміння природи ФРБ стане значним проривом. Після того, як властивості цих джерел будуть відомі, ФРБ можуть використовуватися як космічні маяки для дослідження Всесвіту. Одне застосування - вивчення історії реіонізації (космічний фазовий перехід, коли міжгалактичний газ був іонізований зірками ».
Це натхненна думка, яка використовує природні космічні явища як інструменти дослідження. У цьому відношенні використання ФРБ для зондування найвіддаленіших об'єктів у просторі (та якнайдалі у часі) наче схоже на використання квазарів як навігаційних маяків. Зрештою, просування наших знань про Всесвіт дозволяє нам досліджувати більше цього.
