Keď astronómovia prvýkrát zaznamenali detekciu rýchleho rádiového zhluku (FRB) v roku 2007 (známy ako Lorimer Burst), boli obaja ohromení a zaujatí. Zdá sa, že tento vysokoenergetický výbuch rádiových impulzov, ktorý trval len niekoľko milisekúnd, pochádza zvonku našej galaxie. Odvtedy astronómovia našli dôkazy o mnohých FRB v predtým zaznamenaných údajoch a stále uvažujú o tom, čo ich spôsobuje.
Vďaka následným objavom a výskumom teraz astronómovia vedia, že FRB sú oveľa bežnejšie, ako sa pôvodne predpokladalo. Podľa novej štúdie tímu výskumníkov z Harvardsko-Smithsonovského centra pre astrofyziku (CfA) sa FRB môžu vyskytovať raz za sekundu v pozorovateľnom vesmíre. Ak je to pravda, FRB by mohli byť mocným nástrojom na skúmanie pôvodu a vývoja vesmíru.
Štúdia s názvom „Rýchly roztrhnutie rádia sa objavuje každú sekundu v celom pozorovateľnom vesmíre“ sa nedávno objavila v roku 2006 Astrofyzikálny časopis, Štúdiu viedla Anastasia Fialkov, postdoktorandka a členka CfA Institute for Theory and Computation (ITC). Pripojili sa k nim profesor Abraham Loeb, riaditeľ ITC a Frank B. Baird, vedecký profesor na Harvarde.
Ako už bolo uvedené, od prvého objavenia FRB ostali záhadou. Ich príčiny zostávajú nielen neznáme, ale stále sa stále nechápe veľa o ich skutočnej povahe. Ako povedal Dr. Fialkov časopisu Space Magazine e-mailom:
„FRB (alebo rýchle rádiové vzplanutia) sú astrofyzikálne signály neurčenej povahy. Pozorované impulzy sú krátke (alebo milisekundové trvanie), jasné impulzy v rádiovej časti elektromagnetického spektra (pri frekvenciách GHz). Doteraz bolo pozorovaných iba 24 vzplanutí a stále nevieme s istotou vedieť, ktoré fyzikálne procesy ich spúšťajú. Najpravdepodobnejšie vysvetlenie je to, že sú spúšťané rotujúcimi magnetizovanými neutrónovými hviezdami. Túto teóriu však treba potvrdiť. “
Fialkov a Loeb sa na účely svojej štúdie spoliehali na pozorovania opakujúcich sa rýchlych rádiových vzplanutí, ktoré sa vyskytujú vo viacerých teleskopoch a ktoré sú známe ako FRB 121102. Tento FRB bol prvýkrát pozorovaný v roku 2012 vedcami, ktorí používajú rádioteleskop Arecibo v Portoriku, a odvtedy bol potvrdilo, že pochádza z galaxie nachádzajúcej sa 3 miliardy svetelných rokov smerom k súhvezdí Auriga.
Odkedy bolo objavené, boli zistené ďalšie zhluky pochádzajúce z jeho umiestnenia, vďaka čomu je FRB 121102 jediným známym príkladom opakujúcej sa FRB. Táto opakujúca sa povaha tiež umožnila astronómom vykonať podrobnejšie štúdie ako ktorákoľvek iná FRB. Ako povedal Prof. Loeb e-mailom časopisu Space Magazine, z týchto a ďalších dôvodov sa z tohto dôvodu stal ideálny cieľ pre ich štúdium:
„FRB 121102 je jediný FRB, pre ktorý bola identifikovaná hostiteľská galaxia a vzdialenosť. Je to tiež jediný opakujúci sa zdroj FRB, z ktorého sme doteraz zistili stovky FRB. Rádiové spektrum jeho FRB sa sústreďuje na charakteristickú frekvenciu a nepokrýva veľmi široké pásmo. To má dôležité dôsledky na zistiteľnosť takýchto FRB, pretože na ich nájdenie musí byť rádiové observatórium naladené na ich frekvenciu. “
Na základe toho, čo je známe o FRB 121102, vykonali Fialkov a Loeb sériu výpočtov, ktoré predpokladali, že jeho správanie bolo reprezentatívne pre všetky FRB. Potom premietli, koľko FRB bude existovať na celej oblohe a určili, že v pozorovateľnom vesmíre sa FRB pravdepodobne bude konať raz za sekundu. Fialkov vysvetlil:
„Za predpokladu, že FRB sú produkované galaxiami konkrétneho typu (napr. Podobné FRB 121102), môžeme vypočítať, koľko FRB musí produkovať každá galaxia, aby sme vysvetlili existujúce pozorovania (t. J. 2000 na oblohu za deň). Na základe tohto čísla môžeme odvodiť rýchlosť produkcie pre celú populáciu galaxií. Tento výpočet ukazuje, že FRB sa vyskytuje každú sekundu, keď sa účtujú všetky slabé udalosti. “
Aj keď presná povaha a pôvod FRB sú stále neznáme - návrhy zahŕňajú rotujúce neutrónové hviezdy a dokonca aj mimozemskú inteligenciu! - Fialkov a Loeb naznačujú, že by sa dali použiť na štúdium štruktúry a vývoja vesmíru. Ak sa skutočne vyskytujú s takou pravidelnou frekvenciou v celom vesmíre, potom vzdialenejšie zdroje by mohli pôsobiť ako sondy, na ktoré by sa potom astronómovia spoliehali, aby preplietali hĺbky vesmíru.
Napríklad na veľké kozmické vzdialenosti existuje značné množstvo intervenujúceho materiálu, ktorý astronómom sťažuje štúdium kozmického mikrovlnného pozadia (CMB) - zvyškové žiarenie z Veľkého tresku. Štúdie tohto zasahujúceho materiálu by mohli viesť k novým odhadom toho, ako je hustý priestor - t.j. koľko z neho pozostáva z obyčajnej hmoty, temnej hmoty a temnej energie - a ako rýchlo sa rozširuje.
A ako uviedol prof. Loeb, FRB by sa mohli použiť aj na skúmanie pretrvávajúcich kozmologických otázok, napríklad ako skončil „temný vek“ vesmíru:
„FRB sa môžu použiť na meranie stĺpca voľných elektrónov smerom k ich zdroju. To sa dá použiť na meranie hustoty obyčajnej hmoty medzi galaxiami v súčasnom vesmíre. Okrem toho môžu byť FRB v skorých kozmických časoch použité na zistenie, kedy ultrafialové svetlo z prvých hviezd rozbilo prvotné atómy vodíka, ktoré zostali z Veľkého tresku, na ich konštitučné elektróny a protóny. “
„Temný vek“, ktorý nastal medzi 380 000 a 150 miliónmi rokov po Veľkom tresku, bol charakterizovaný „hmlou“ atómov vodíka interagujúcich s fotónmi. V dôsledku toho je žiarenie tohto obdobia pomocou našich súčasných nástrojov nezistiteľné. V súčasnosti sa vedci stále snažia vyriešiť, ako vesmír prešiel prechodom medzi týmito „temnými vecami“ a nasledujúcimi epochami, keď bol vesmír naplnený svetlom.
Toto obdobie „reionizácie“, ktoré sa uskutočnilo 150 až 1 miliarda rokov po Veľkom tresku, bolo obdobím, keď sa vytvorili prvé hviezdy a kvázary. Všeobecne sa verí, že ultrafialové svetlo z prvých hviezd vo vesmíre putovalo smerom von, aby ionizovalo plynný vodík (a tak vyčistilo hmlu). Nedávna štúdia tiež naznačovala, že čierne diery, ktoré existovali v ranom vesmíre, vytvorili potrebné „vetry“, ktoré umožnili uniknúť tomuto ionizujúcemu žiareniu.
Na tento účel by sa FRB mohli použiť na sondu do tohto skorého obdobia vesmíru a určiť, čo zrútilo túto „hmlu“ a umožnilo úniku svetla. Štúdium veľmi vzdialených FRB by vedcom umožnilo študovať, kde, kedy a ako k tomuto procesu „reionizácie“ došlo. Pri pohľade do budúcnosti Fialkov a Loeb vysvetlili, ako budúci rádioteleskopy dokážu objaviť veľa FRB.
„Budúce rozhlasové observatóriá, rovnako ako rad štvorcových kilometrov, budú dostatočne citlivé na detekciu FRB z prvej generácie galaxií na okraji pozorovateľného vesmíru,“ uviedol prof. Loeb. "Naša práca poskytuje prvý odhad počtu a vlastností prvých zábleskov rádiových vĺn, ktoré sa rozsvietili v detskom vesmíre."
A potom je tu Kanadský experiment mapovania intenzity vodíka (CHIME) v Astrofyzikálnom observatóriu Dominion v Britskej Kolumbii, ktorý nedávno začal fungovať. Tieto a ďalšie nástroje budú slúžiť ako výkonné nástroje na odhaľovanie FRB, ktoré by sa mohli následne použiť na prezeranie predtým neviditeľných oblastí času a priestoru a odomknúť niektoré z najhlbších kozmologických tajomstiev.
„Zistili sme, že sa očakáva, že ďalekohľad novej generácie (s oveľa lepšou citlivosťou ako existujúce) uvidí omnoho viac FRB, ako sa dnes pozoruje,“ uviedol Dr. Fialkov. „To by umožnilo charakterizovať populáciu FRB a identifikovať ich pôvod. Pochopenie povahy FRB bude hlavným prielomom. Akonáhle sú známe vlastnosti týchto zdrojov, môžu sa FRB použiť ako kozmické majáky na skúmanie vesmíru. Jednou z aplikácií je študovať históriu reionizácie (prechod kozmickej fázy, keď bol medzibalktický plyn ionizovaný hviezdami). “
Je to inšpirovaná myšlienka využívajúca prírodné kozmické javy ako nástroje výskumu. V tomto ohľade je použitie FRB na snímanie najvzdialenejších objektov vo vesmíre (a čo najďalej späť v čase, ako je to možné) podobné ako použitie kvázarov ako navigačných majákov. Nakoniec, rozširovanie našich vedomostí o vesmíre nám umožňuje skúmať ich viac.
