Když astronomové poprvé v roce 2007 zaznamenali detekci rychlého rádiového výbuchu (FRB) (aka. Lorimer Burst), byli oba ohromeni a fascinováni. Zdálo se, že tento vysoce energetický výbuch rádiových pulzů, který trval jen několik milisekund, přichází z vnějšku naší galaxie. Od té doby astronomové nalezli důkazy o mnoha FRB v dříve zaznamenaných datech a stále spekulují o tom, co je způsobuje.
Díky následným objevům a výzkumu nyní astronomové vědí, že FRB jsou mnohem běžnější, než se dříve myslelo. Podle nové studie týmu vědců z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku (CfA) se mohou FRB vyskytovat jednou za sekundu v pozorovatelném vesmíru. Pokud je to pravda, mohly by být FRB mocným nástrojem pro zkoumání původu a vývoje vesmíru.
Studie s názvem „Rychlý rozhlasový výbuch se objevuje každou sekundu v celém pozorovatelném vesmíru“ se nedávno objevila v roce 2006 Astrofyzikální dopisy v časopisech. Studii vedla Anastasia Fialkov, postdoktorandka a členka CfA Institute for Theory and Computation (ITC). Připojila se k ní profesor Abraham Loeb, ředitel ITC a Frank B. Baird, Jr., profesor vědy na Harvardu.
Jak již bylo zmíněno, od okamžiku, kdy byly objeveny, zůstaly FRB záhadou. Nejen, že jejich příčiny zůstávají neznámé, ale mnoho o jejich skutečné povaze se stále nechápe. Jak Dr. Fialkov řekl časopisu Space Magazine e-mailem:
„FRB (nebo rychlé rádiové výbuchy) jsou astrofyzikální signály neurčené povahy. Pozorované impulzy jsou krátké (nebo milisekundové trvání), jasné impulsy v rádiové části elektromagnetického spektra (při frekvencích GHz). Dosud bylo pozorováno pouze 24 dávek a stále nevíme s jistotou, které fyzické procesy je spouštějí. Nejpravděpodobnější vysvětlení je, že jsou vypuštěny rotujícími magnetizovanými neutronovými hvězdami. Tuto teorii však musíme potvrdit. “
Pro účely své studie se Fialkov a Loeb spoléhali na pozorování opakujících se rychlých radioaktivních výbojů známých jako FRB 121102 pomocí více dalekohledů. Tento FRB byl poprvé pozorován v roce 2012 vědci používajícími radioteleskop Arecibo v Portoriku a od té doby byl potvrdil, že pochází z galaxie umístěné 3 miliardy světelných let ve směru k souhvězdí Auriga.
Od doby, kdy bylo objeveno, byly detekovány další shluky pocházející z jeho umístění, což činí FRB 121102 jediným známým příkladem opakující se FRB. Tato opakující se povaha také umožnila astronomům provádět podrobnější studie, než kterákoli jiná FRB. Jak řekl Prof. Loeb prostřednictvím časopisu Space Magazine e-mailem, tyto a další důvody z něj činí ideální cíl pro jejich studium:
„FRB 121102 je jediný FRB, pro který byla identifikována hostitelská galaxie a vzdálenost. Je to také jediný opakující se zdroj FRB, ze kterého jsme doposud detekovali stovky FRB. Rádiové spektrum jeho FRB je zaměřeno na charakteristickou frekvenci a nepokrývá velmi široké pásmo. To má důležité důsledky pro detekovatelnost takových FRB, protože pro jejich nalezení musí být rádiová observatoř naladěna na jejich frekvenci. “
Na základě toho, co je známo o FRB 121102, provedli Fialkov a Loeb řadu výpočtů, které předpokládaly, že jeho chování bylo reprezentativní pro všechny FRB. Poté promítli, kolik FRB bude existovat na celé obloze a určili, že v pozorovatelném vesmíru by se FRB pravděpodobně konala jednou za sekundu. Fialkov vysvětlil:
„Za předpokladu, že FRB jsou produkovány galaxiemi konkrétního typu (např. Podobné FRB 121102), můžeme spočítat, kolik FRB musí být produkováno každou galaxií, aby bylo možné vysvětlit existující pozorování (tj. 2000 na oblohu za den). S ohledem na toto číslo můžeme odvodit rychlost produkce pro celou populaci galaxií. Tento výpočet ukazuje, že FRB dochází každou sekundu při účtování všech slabých událostí. “
Přesná povaha a původ FRB jsou stále neznámé - návrhy zahrnují rotující neutronové hvězdy a dokonce i mimozemskou inteligenci! - Fialkov a Loeb naznačují, že je lze použít ke studiu struktury a vývoje vesmíru. Pokud se skutečně vyskytují s takovou pravidelnou frekvencí v celém vesmíru, pak vzdálenější zdroje by mohly působit jako sondy, na které by se astronomové spoléhali, aby propluli hloubky vesmíru.
Například na velké kosmické vzdálenosti existuje značné množství intervenujícího materiálu, který astronomům ztěžuje studovat kosmické mikrovlnné pozadí (CMB) - zbytkové záření z Velkého třesku. Studie tohoto intervenujícího materiálu by mohly vést k novým odhadům toho, jak hustý prostor je - tj. Kolik se skládá z obyčejné hmoty, temné hmoty a temné energie - a jak rychle se rozšiřuje.
A jak naznačil Prof. Loeb, FRB lze také použít k prozkoumání přetrvávajících kosmologických otázek, jako je konec „temného věku“ vesmíru:
„FRB lze použít k měření sloupce volných elektronů směrem k jejich zdroji. To lze použít k měření hustoty obyčejné hmoty mezi galaxiemi v současném vesmíru. Kromě toho mohou být FRB v časných kosmických dobách použity ke zjištění, kdy ultrafialové světlo z prvních hvězd rozdělilo prapůvodní atomy vodíku, které zbyly z Velkého třesku, na jejich elektrony a protony. “
„Temný věk“, který nastal mezi 380 000 a 150 miliony let po Velkém třesku, byl charakterizován „mlhou“ atomů vodíku interagujících s fotony. Výsledkem je, že naše současné nástroje nevyzařují záření tohoto období. V současné době se vědci stále pokoušejí vyřešit, jak vesmír uskutečnil přechod mezi těmito „temnými věky“ a následnými epochami, když byl vesmír naplněn světlem.
Toto období „reionizace“, ke kterému došlo po 150 až 1 miliardě let po Velkém třesku, bylo okamžikem, kdy se vytvořily první hvězdy a kvasary. Obecně se věří, že UV světlo z prvních hvězd ve vesmíru putovalo ven, aby ionizovalo plynný vodík (čímž vyčistilo mlhu). Nedávná studie také naznačila, že černé díry, které existovaly v časném vesmíru, vytvořily nezbytné „větry“, které umožnily úniku tohoto ionizujícího záření.
Za tímto účelem mohou být FRB použity k prozkoumání tohoto raného období vesmíru a určení toho, co rozbilo tuto „mlhu“ a umožnilo úniku světla. Studium velmi vzdálených FRB by mohlo vědcům umožnit studovat, kde, kdy a jak k tomuto procesu „reionizace“ došlo. Když se podíváme dopředu, Fialkov a Loeb vysvětlili, jak budou budoucí radioteleskopy schopny objevit mnoho FRB.
"Budoucí rádiová observatoře, stejně jako pole Square Kilometer Array, budou dostatečně citlivé, aby detekovaly FRB z první generace galaxií na okraji pozorovatelného vesmíru," řekl prof. Loeb. "Naše práce poskytuje první odhad počtu a vlastností prvních záblesků rádiových vln, které svítily v kojeneckém vesmíru."
A pak je tu kanadský experiment mapování intenzity vodíku (CHIME) na astrofyzikální observatoři Dominion v Britské Kolumbii, která nedávno začala fungovat. Tyto a další nástroje budou sloužit jako výkonné nástroje pro detekci FRB, které by mohly být použity k prohlížení dříve neviditelných oblastí času a prostoru a odemykání některých nejhlubších kosmologických tajemství.
"Zjistili jsme, že se očekává, že dalekohled nové generace (s mnohem lepší citlivostí než ty stávající) uvidí mnohem více FRB, než co se dnes pozoruje," řekl Dr. Fialkov. „To by umožnilo charakterizovat populaci FRB a identifikovat jejich původ. Porozumění povaze FRB bude velkým průlomem. Jakmile jsou známy vlastnosti těchto zdrojů, mohou být FRB použity jako kosmické majáky k prozkoumání vesmíru. Jednou z aplikací je studium historie reionizace (přechod kosmické fáze, když byl inter galaktický plyn ionizován hvězdami). “
Je to inspirovaná myšlenka, využívající přírodní kosmické jevy jako nástroje výzkumu. V tomto ohledu je použití FRB ke snímání nejvzdálenějších objektů ve vesmíru (a co nejdále zpět v čase, jak je to možné) podobné použití kvasarů jako navigačních majáků. Nakonec, poznání našeho vesmíru nám umožňuje prozkoumat více toho.
