Da astronomer først bemærkede opdagelsen af en Fast Radio Burst (FRB) i 2007 (også kaldet Lorimer Burst), blev de begge forbløffet og fascinerede. Denne højenergi-burst af radioimpulser, der kun varede et par millisekunder, så ud til at komme fra uden for vores galakse. Siden den tid har astronomer fundet bevis for mange FRB'er i tidligere registrerede data og spekulerer stadig om, hvad der forårsager dem.
Takket være efterfølgende opdagelser og forskning ved astronomer nu, at FRB'er er langt mere almindelige end tidligere antaget. I henhold til en ny undersøgelse fra et team af forskere fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) kan FRB'er forekomme en gang hvert sekund inden for det observerbare univers. Hvis det er sandt, kan FRB'er være et stærkt værktøj til at undersøge kosmos oprindelse og udvikling.
Undersøgelsen, med titlen "En hurtig radioburst finder sted hvert sekund i det observerbare univers", dukkede for nylig op i The Astrophysical Journal Letters. Undersøgelsen blev ledet af Anastasia Fialkov, en postdoc-forsker og stipendiat ved CfA's Institute for Theory and Computation (ITC). Hun blev sammen med professor Abraham Loeb, direktøren for ITC og Frank B. Baird, jr. Professor i videnskab ved Harvard.
Som bemærket har FRB'er forblevet noget af et mysterium, siden de først blev opdaget. Ikke kun forbliver deres årsager ukendte, men meget om deres sande natur forstås stadig ikke. Som Dr. Fialkov fortalte Space Magazine via e-mail:
”FRB'er (eller hurtige radioudbrud) er astrofysiske signaler af en ubestemt karakter. De observerede bursts er korte (eller millisekunders varighed), lyse pulser i radiodelen af det elektromagnetiske spektrum (ved GHz-frekvenser). Der er hidtil kun observeret 24 bursts, og vi ved stadig ikke med sikkerhed, hvilke fysiske processer der udløser dem. Den mest troværdige forklaring er, at de lanceres ved roterende magnetiserede neutronstjerner. Denne teori skal dog bekræftes. ”
Af hensyn til deres undersøgelse var Fialkov og Loeb afhængige af observationer foretaget af flere teleskoper af det gentagne hurtige radioburst kaldet FRB 121102. Denne FRB blev først observeret i 2012 af forskere, der brugte Arecibo radioteleskopet i Puerto Rico, og har siden været bekræftet at komme fra en galakse beliggende 3 milliarder lysår væk i retning af Auriga-stjernebilledet.
Siden det blev opdaget, er der opdaget yderligere bursts der kommer fra dets placering, hvilket gør FRB 121102 til det eneste kendte eksempel på en gentagende FRB. Denne gentagne karakter har også gjort det muligt for astronomer at foretage mere detaljerede undersøgelser af det end nogen anden FRB. Som prof. Loeb fortalte Space Magazine via e-mail, gjorde disse og andre grunde det til et ideelt mål for deres undersøgelse:
”FRB 121102 er den eneste FRB, som en værtsgalakse og en afstand blev identificeret til. Det er også den eneste gentagne FRB-kilde, hvorfra vi registrerede hundredevis af FRB'er nu. FRB'ernes radiospektrum er centreret om en karakteristisk frekvens og dækker ikke et meget bredt bånd. Dette har vigtige konsekvenser for detekteringen af sådanne FRB'er, for for at finde dem er radioobservatoriet nødt til at være indstillet til deres frekvens. ”
Baseret på hvad der er kendt om FRB 121102, gennemførte Fialkov og Loeb en række beregninger, der antog, at dets opførsel var repræsentativ for alle FRB'er. De projicerede derefter, hvor mange FRB'er der ville eksistere over hele himlen og bestemte, at inden for det observerbare univers ville sandsynligvis en FRB finde sted en gang hvert sekund. Fialkov forklarede:
”Hvis vi antager, at FRB'er er produceret af galakser af en bestemt type (f.eks. Ligner FRB 121102), kan vi beregne, hvor mange FRB'er der skal produceres af hver galakse for at forklare de eksisterende observationer (dvs. 2000 pr. Himmel pr. Dag). Med dette antal i tankerne kan vi udlede produktionshastigheden for hele galakserbestanden. Denne beregning viser, at en FRB forekommer hvert sekund, når man regnskaber for alle de svage begivenheder. ”
Mens FRB'ernes nøjagtige art og oprindelse stadig er ukendt - forslag inkluderer roterende neutronstjerner og endda fremmed intelligens! - Fialkov og Loeb viser, at de kunne bruges til at studere universets struktur og udvikling. Hvis de faktisk forekommer med en sådan regelmæssig frekvens i hele kosmos, kunne fjernere kilder fungere som sonder, som astronomer derefter ville stole på for at dæmpe rumdybderne.
For eksempel over store kosmiske afstande er der en betydelig mængde af mellemliggende materiale, der gør det vanskeligt for astronomer at studere den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) - den resterende stråling fra Big Bang. Undersøgelser af dette mellemliggende materiale kan føre til en ny vurdering af, hvor tæt plads der er - dvs. hvor meget af det er sammensat af almindeligt stof, mørkt stof og mørk energi - og hvor hurtigt det ekspanderer.
Og som professor Loeb antydede, kunne FRB'er også bruges til at udforske varige kosmlogiske spørgsmål, som hvordan universets ”mørke tidsalder” sluttede:
”FRB'er kan bruges til at måle kolonnen med frie elektroner mod deres kilde. Dette kan bruges til at måle tætheden af almindeligt stof mellem galakser i nutidens univers. Derudover kan FRB'er på tidlige kosmiske tidspunkter bruges til at finde ud af, hvornår det ultraviolette lys fra de første stjerner brød de primordiale atomer af brint tilbage fra Big Bang ind i deres bestanddele elektroner og protoner. ”
"Dark Age", der fandt sted mellem 380.000 og 150 millioner år efter Big Bang, var kendetegnet ved en "tåge" af hydrogenatomer, der interagerer med fotoner. Som et resultat heraf kan strålingen i denne periode ikke påvises af vores nuværende instrumenter. På nuværende tidspunkt forsøger forskere stadig at løse, hvordan universet gjorde overgangen mellem disse ”mørke aldre” og de efterfølgende epoker, da universet blev fyldt med lys.
Denne periode med "reionisering", der fandt sted 150 millioner til 1 milliard år efter Big Bang, var da de første stjerner og kvasarer dannede sig. Det antages generelt, at UV-lys fra de første stjerner i universet rejste udad for at ionisere brintgassen (og dermed fjerne tågen). En nylig undersøgelse antydede også, at sorte huller, der eksisterede i det tidlige univers, skabte de nødvendige “vinde”, der gjorde det muligt for denne ioniserende stråling at slippe ud.
Til dette formål kunne FRB'er bruges til at undersøge denne tidlige periode af universet og bestemme, hvad der brød denne "tåge" ned og lod lyset undslippe. At studere meget fjerne FRB'er kunne give forskere mulighed for at studere hvor, hvornår og hvordan denne "reionisering" -proces fandt sted. Når vi ser fremad, forklarede Fialkov og Loeb, hvordan fremtidige radioteleskoper vil være i stand til at opdage mange FRB'er.
”Fremtidige radioobservatorier, som Square Kilometre Array, vil være følsomme nok til at detektere FRB'er fra den første generation af galakser i udkanten af det observerbare univers,” sagde professor Loeb. ”Vores arbejde giver det første skøn over antallet og egenskaber for de første blink af radiobølger, der lyser op i spædbarnsuniverset.”
Og så er der det canadiske Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) på Dominion Radio Astrophysical Observatory i British Columbia, som for nylig begyndte at operere. Disse og andre instrumenter vil fungere som magtfulde værktøjer til at opdage FRB'er, som igen kunne bruges til at se tidligere usete regioner af tid og rum, og låse nogle af de dybeste kosmologiske mysterier.
”[W] e finder, at et næste generations teleskop (med en meget bedre følsomhed end de eksisterende) forventes at se mange flere FRB'er end hvad der observeres i dag,” sagde Dr. Fialkov. ”Dette ville gøre det muligt at karakterisere befolkningen i FRB'er og identificere deres oprindelse. At forstå FRB'ernes karakter vil være et stort gennembrud. Når disse kilderes egenskaber er kendt, kan FRB'er bruges som kosmiske fyrtårn til at udforske universet. En anvendelse er at studere reioniseringens historie (kosmisk faseovergang, da den inter-galaktiske gas blev ioniseret af stjerner). ”
Det er en inspireret tanke, der bruger naturlige kosmiske fænomener som forskningsredskaber. I den henseende er det at bruge FRB'er til at undersøge de fjerneste objekter i rummet (og så langt tilbage i tiden som vi kan) som om at bruge kvasarer som navigationsfyr. I sidste ende giver udbredelse af vores viden om universet os mulighed for at udforske mere af det.
