Snelle radio-uitbarstingen (FRB's) zijn de afgelopen tien jaar een belangrijk onderzoeksonderwerp geworden. In de radioastronomie verwijst dit fenomeen naar voorbijgaande radiopulsen afkomstig van verre kosmologische bronnen, die doorgaans gemiddeld slechts enkele milliseconden duren. Sinds de eerste gebeurtenis in 2007 werd gedetecteerd (de "Lorimer Burst"), zijn er vierendertig FRB's waargenomen, maar wetenschappers weten nog steeds niet precies wat de oorzaak is.
Met theorieën variërend van exploderende sterren en zwarte gaten tot pulsars en magnetars - en zelfs berichten afkomstig van buitenaardse intelligenties (ETI's) - zijn astronomen vastbesloten om meer te leren over deze vreemde signalen. En dankzij een nieuwe studie door een team van Australische onderzoekers, die de Australia Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) hebben gebruikt, is het aantal bekende bronnen van FRB's bijna verdubbeld.
De studie die hun onderzoek beschrijft, dat onlangs in het tijdschrift verscheen Natuur, werd geleid door Dr. Ryan Shannon - een onderzoeker van de Swinburne University of Technology en het OzGrav ARC Centre of Excellence - en omvatte leden van het International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR), de Australia Telescope National Facility (ATNF), het ARC Centre of Excellence for All-Sky Astrophysics (CAASTRO) en meerdere universiteiten.
Zoals ze in hun onderzoek stellen, zijn pogingen om FRB's als geheel te begrijpen, gehinderd door een aantal factoren. Ten eerste zijn eerdere zoekopdrachten uitgevoerd met telescopen die variëren in termen van gevoeligheid, bij een reeks verschillende radiofrequenties en in omgevingen met verschillende niveaus van radiofrequente interferentie - die het resultaat zijn van menselijke activiteit.
Ten tweede zijn eerdere zoekopdrachten gecompliceerd door de tijdelijke aard van bronnen en de slechte hoekresolutie van detectie-instrumenten, wat heeft geleid tot onzekerheid over de bronnen van FRB's en hun helderheid. Om dit aan te pakken, voerde het team een goed gecontroleerde, brede veldradio-enquête uit voor een reeks uitbarstingen die in 2016 werden ontdekt en herleid tot een dwergstelsel op 3,7 miljard lichtjaar afstand.
Het team heeft deze enquête uitgevoerd met behulp van de ASKAP-array, 's werelds snelste radio-surveytelescoop in West-Australië. Ontworpen en ontwikkeld door de Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), bestaat de ASKAP-array uit 36 'schotel'-antennes die zijn verspreid over een stuk terrein met een diameter van 6 km (3,7 mi).
Met behulp van deze array, die de voorloper is van de toekomstige Square Kilometre Array (SKA) -telescoop, heeft het onderzoeksteam de uitbarstingen van deze verre kosmologische bron onderzocht. Naast het vinden van meer FRB's in een enkel jaar dan welke eerdere enquête ook, merkten ze ook op dat de signalen afkomstig waren van bronnen die veel verder weg waren dan eerder werd gedacht. Zoals Dr. Shannon uitlegde in een ICRAR-persbericht:
“We hebben 20 snelle radiostoten gevonden in een jaar, bijna een verdubbeling van het aantal dat wereldwijd is ontdekt sinds ze in 2007 werden ontdekt. Met behulp van de nieuwe technologie van de Australia Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) hebben we ook bewezen dat snelle radiostralen komen van de andere kant van het heelal in plaats van uit onze eigen galactische buurt. ”
Uit follow-upwaarnemingen tussen 8 en 46 dagen na de eerste detecties bleek dat geen van de bursts zich herhaalde. De 20 uitbarstingen die ze ontdekten, omvatten ook de dichtstbijzijnde bronnen die ooit zijn waargenomen, om nog maar te zwijgen van de helderste. Hun bevindingen toonden ook aan dat er een verband bestaat tussen burst-dispersie en helderheid, evenals intensiteit en afstand.
De reden hiervoor heeft te maken met het feit dat verder weg gelegen bursts miljarden lichtjaren reizen voordat ze de aarde bereiken. Tijdens hun reis passeren ze materiaal dat zich tussen de bron en de aarde bevindt (zoals gaswolken), wat een effect op hen heeft. Zoals Jean-Pierre Macquart, van de Curtin University-knooppunt van ICRAR en een co-auteur op het papier, uitlegde:
“Elke keer dat dit gebeurt, worden de verschillende golflengten waaruit een burst bestaat, met verschillende hoeveelheden vertraagd. Uiteindelijk bereikt de burst de aarde met zijn verspreiding van golflengten die op iets andere tijdstippen bij de telescoop aankomen, zoals zwemmers bij een finishlijn. Door de aankomst van de verschillende golflengten te timen, weten we hoeveel materiaal de burst tijdens zijn reis heeft afgelegd. En omdat we hebben laten zien dat snelle radiostralen van ver komen, kunnen we ze gebruiken om alle ontbrekende materie in de ruimte tussen sterrenstelsels te detecteren, wat een heel opwindende ontdekking is. "
Dankzij deze nieuwste groep ontdekkingen begrijpen wetenschappers nu dat de FRB's die tot nu toe zijn gedetecteerd, aan de andere kant van de kosmos zijn ontstaan, in plaats van binnen ons sterrenstelsel. We zijn echter nog steeds niet dichter bij het bepalen wat de oorzaak is of van welke sterrenstelsels ze afkomstig zijn. Maar met een onderzoekssteekproef die nu uit 48 detecties bestaat, zullen onderzoekers de komende jaren waarschijnlijk nog veel meer leren.
Voor Dr. Shannon en zijn onderzoeksteam zal de volgende uitdaging zijn om de locaties van uitbarstingen in de lucht te lokaliseren. "We kunnen de uitbarstingen beter lokaliseren dan een duizendste graad", zei hij. "Dat is ongeveer de breedte van een mensenhaar op tien meter afstand, en goed genoeg om elke uitbarsting aan een bepaald sterrenstelsel te binden."
En in de tussentijd wordt verwacht dat de studie van FRB's ook zal leiden tot enkele grote doorbraken in de astronomie. Een team van CSIRO-onderzoekers gebruikte al het Parkes Observatory in Australië om in 2016 een FRB te detecteren, die vervolgens werd waargenomen door meerdere observatoria over de hele wereld. Hierdoor kon het team de bron (een elliptisch sterrenstelsel op 6 miljard lichtjaar afstand) identificeren en de roodverschuiving van het signaal bepalen.
Door deze ongekende prestatie kon het onderzoeksteam de dichtheid van de tussenliggende materie tussen dit sterrenstelsel en de aarde meten, wat bevestigde dat onze huidige modellen voor het meten van de materiedichtheid in het heelal correct zijn. Met andere woorden, het team was in staat om de "ontbrekende materie" van het heelal te vinden met behulp van FRB's als meetlat. Of zoals Dr. Jean-Pierre Macquart, hoofddocent aan de Curtin University en een van de wetenschappers die verantwoordelijk zijn voor de ontdekking, het verwoordde:
“[FRB's] zijn in feite natuurkundige laboratoria die extremen van materie en energie onderzoeken die we niet kunnen bereiken in terrestrische laboratoria. En het is precies dit soort fysica dat toekomstige technologische vooruitgang in de komende generaties zal stimuleren. ”
Recent onderzoek heeft ook vastgesteld dat FRB's een veel voorkomende kosmologische gebeurtenis zijn, die ongeveer eens per seconde in ons heelal voorkomt. Met krachtige observatietools die binnenkort online komen - zoals de Square Kilometre Array (SKA), de Large Latin American Millimeter Array (LLAMA) en de Qitai 110m Radiotelescoop - zullen wetenschappers in de nabije toekomst zeker nog veel meer FBR's waarnemen.
Bij elke nieuwe detectie komen we meer te weten over de oorzaak van deze vreemde flitsen en hoe ze kunnen worden gebruikt om de mysteries van ons universum te ontsluiten. Bekijk in de tussentijd dit interview met Dr. Shannon en het ontdekkingsteam, met dank aan de CSIRO:
