Bản chất chưa biết của vụ nổ vô tuyến vũ trụ

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Một trong những hiện tượng vũ trụ bí ẩn nhất là các vụ nổ vô tuyến nhanh. Đây là những tín hiệu vô tuyến thời lượng ngắn, vài mili giây có bản chất không xác định, do giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Hơn một thập kỷ đã trôi qua kể từ khi phát hiện ra chúng, nhưng các nhà vật lý thiên văn vẫn đang cố gắng tìm ra cơ chế xuất hiện của chúng. Các nhà nghiên cứu trích dẫn các ngôi sao neutron, lỗ đen và thậm chí là vật truyền của các nền văn minh ngoài hành tinh là những nguồn có thể.

Tín hiệu bí ẩn

Với các vụ nổ vô tuyến nhanh, tính bằng mili giây, lượng năng lượng được giải phóng tương đương với Mặt trời đã phát ra trong vài chục nghìn năm. Giả thuyết hàng đầu là chúng được gây ra bởi các sự kiện thảm khốc, chẳng hạn như sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron, một tia chớp từ sự bay hơi của một lỗ đen, hoặc sự biến đổi của một pulsar thành một lỗ đen. Trong một thời gian dài, người ta tin rằng các vụ nổ vô tuyến chỉ có thể xảy ra một lần, nhưng vào năm 2015, người ta đã phát hiện ra rằng vụ nổ vô tuyến nhanh FRB 121102 được ghi lại trước đó được lặp lại không theo chu kỳ.

FRB 121102 nằm trong một thiên hà lùn cách Trái đất ba tỷ năm ánh sáng và trong nhiều năm vẫn là nguồn phát ra các vụ nổ vô tuyến lặp lại duy nhất được biết đến, bất chấp các cuộc tìm kiếm cẩn thận. Tuy nhiên, vào tháng 1 năm 2019, một bài báo của các nhà khoa học từ cộng tác Canada CHIME đã xuất hiện trên tạp chí Nature, trong đó nó được báo cáo về việc đăng ký lại các tín hiệu từ một nguồn khác - 180814. J0422 + 73. Kính thiên văn vô tuyến giao thoa kế CHIME (Thí nghiệm lập bản đồ cường độ hydro của Canada) đã ghi lại sáu vụ nổ vô tuyến nhanh đến từ một thiên hà cách xa 1,3 tỷ năm ánh sáng.

Các tín hiệu trong cấu trúc tần số và đặc điểm phổ của chúng giống với các tín hiệu từ FRB 121102, điều này cho thấy cơ chế hình thành tương tự và cùng bản chất của nguồn. Khám phá chỉ ra sự tồn tại của một loại vụ nổ vô tuyến nhanh riêng biệt, không thể gây ra bởi các sự kiện thảm khốc mà chính vì sự tái diễn của chúng.

Thiên hà im lặng

Vào tháng 8 năm 2019, một nhóm các nhà khoa học quốc tế lần đầu tiên xác định được nguồn gốc của một vụ nổ vô tuyến nhanh FRB 180924, bắt nguồn từ một thiên hà cách chúng ta bốn tỷ năm ánh sáng.

Sử dụng giao thoa kế vô tuyến ASKAP đặt tại Úc, các nhà thiên văn học đã xác định vị trí của nguồn FRB, sau đó tính toán khoảng cách tới nó bằng cách phân tích dữ liệu từ kính thiên văn quang học trên mặt đất Gemini, Keck và VLT. Hóa ra là tia sáng vô tuyến xảy ra trong một thiên hà khổng lồ có kích thước bằng Dải Ngân hà, cách trung tâm của nó 13 nghìn năm ánh sáng. Một tính năng đặc trưng của thiên hà là không có các quá trình sinh ra các ngôi sao mới.

Điều này trái ngược với tín hiệu lặp lại FRB 121102, tín hiệu này nằm trong vùng hình thành sao đang hoạt động. Do đó, các vụ nổ vô tuyến nhanh lặp lại và đơn lẻ phải có nguồn gốc khác nhau. Trong trường hợp của FRB 121102, tín hiệu vô tuyến dường như đi qua một từ trường mạnh xung quanh một nam châm, một loại sao neutron đặc biệt.

Ngay sau đó, các nhà thiên văn học tại Viện Công nghệ California, Hoa Kỳ đã báo cáo về việc phát hiện ra một vụ nổ vô tuyến nhanh khác FRB 190523, cũng xảy ra trong một môi trường tương đối yên tĩnh - trong một thiên hà tương tự như Dải Ngân hà và cách xa 7,9 tỷ năm ánh sáng. từ trái đất.

Cả hai khám phá này đều bác bỏ rằng các vụ nổ vô tuyến nhanh chỉ có thể xảy ra trong các thiên hà lùn trẻ có chứa một số lượng lớn các nam châm.

Tám cặp song sinh

Vào tháng 8 năm 2019, một bài báo của CHIME cộng tác với Canada đã xuất hiện trong kho lưu trữ bản in trước arXiv.org, báo cáo việc phát hiện tám tín hiệu vô tuyến lặp lại. Hai nguồn tín hiệu vô tuyến - FRB 180916 và FRB 181119 - nhấp nháy hơn hai lần (tương ứng mười và ba lần), phần còn lại chỉ gửi tín hiệu vô tuyến lặp lại một lần, với khoảng thời gian tạm dừng dài nhất giữa các lần ghi sóng vô tuyến là 20 giờ. Theo các nhà nghiên cứu, điều này có thể chỉ ra rằng nhiều FRB thực sự lặp đi lặp lại, nhưng một số hoạt động tích cực hơn những cái khác.

Hầu hết trong số tám vụ nổ vô tuyến nhanh mới cho thấy sự giảm tần số tín hiệu với mỗi vụ nổ lặp lại, đây có thể là chìa khóa để hiểu cơ chế tạo ra những hiện tượng này. Ngoài ra, FRB 180916 có tỷ lệ phân tán tín hiệu thấp nhất, cho thấy mức độ gần tương đối của nguồn với Trái đất. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng nó cũng có thể giúp xác định bản chất của vụ nổ vô tuyến.

Sao địa ngục

Vào cuối mùa hè năm 2019, các nhà khoa học tại Trung tâm Vật lý phóng xạ Quốc gia ở Ấn Độ đã báo cáo rằng từ trường vẫn là một trong những nguồn có khả năng gây ra các vụ nổ vô tuyến nhanh nhất (ít nhất là những vụ nổ lặp đi lặp lại).

Nam châm dị thường XTE J1810-197 được quan sát bằng Kính viễn vọng vô tuyến sóng siêu lớn khổng lồ. Các xung mili giây của phát xạ vô tuyến đã được ghi lại, giống như các tia chớp từ FRB 180814. J0422 + 73 lặp lại.

Nam châm này nằm cách Trái đất 10 nghìn năm ánh sáng. Nó được phát hiện vào năm 2003 và dần dần ngừng phát xạ vô tuyến vào năm 2008. Tuy nhiên, vào năm 2018, một đợt bùng phát mới đã xảy ra trên đó, bệnh cũng dần dần bắt đầu mờ đi. Điều thú vị là các nam châm thường không phát ra sóng vô tuyến, và XTE J1810-197 là nguồn phát sóng vô tuyến đầu tiên thuộc loại này. Sự hiếm có của vật thể này, giống như các vụ nổ vô tuyến lặp đi lặp lại, đã khiến các nhà khoa học tin rằng cả hai hiện tượng có thể liên quan đến nhau.

Lỗ ồn ào

Vào tháng 9 năm 2019, các nhà thiên văn Trung Quốc báo cáo rằng họ đã phát hiện thấy các vụ nổ vô tuyến lặp lại nhanh (FRB) mới từ FRB 121102. Các tín hiệu được phát hiện bằng kính thiên văn vô tuyến FAST dài 500 mét với bộ thu 19 tia ở tỉnh Quý Châu. Từ cuối tháng 8 đến tháng 9, hơn 100 lần tăng đột biến đã được ghi nhận, đây là con số kỷ lục trong số tất cả các FRB được ghi nhận.

Vào thời điểm đó, các nhà khoa học bắt đầu cho rằng FRB 121102 là một lỗ đen siêu lớn vượt quá khối lượng của Mặt trời từ 10-100 triệu lần và tạo ra một từ trường mạnh, và một ngôi sao neutron hoặc plasma bị ảnh hưởng bởi lỗ có thể là trực tiếp. nguồn pháo sáng. Một cách giải thích khác có thể là FRB 121102 là một dải từ hóa, một tinh vân được cung cấp năng lượng từ gió sao từ một sao xung.

Trong khi các vụ nổ vô tuyến nhanh vẫn chưa được giải thích cho đến nay, rất nhiều dữ liệu đã được trình bày cho cộng đồng khoa học vào năm 2019 để đưa các nhà thiên văn học đến gần hơn với giải pháp. Nó chỉ ra rằng FRB có thể được lặp lại, và họ có thể làm điều đó rất thường xuyên. Trong trường hợp này, chúng được tạo ra bởi các vật thể khá kỳ lạ như sao neutron (sao xung và sao nam châm), nằm trong môi trường giữa các vì sao thích hợp. Các vụ nổ đơn lẻ xảy ra trong điều kiện ít hỗn loạn hơn: các thiên hà mà sự hình thành sao diễn ra rất chậm. Những hiện tượng như vậy, rất có thể, thực sự xảy ra do các quá trình thảm khốc.