Międzynarodowy zespół naukowców wykorzystując zestaw teleskopów radiowych i optycznych po raz pierwszy zidentyfikował położenie źródła szybkiego błysku radiowego (FRB – Fast Radio Burst) co umożliwiło im potwierdzenie obecnego modelu kosmologicznego rozkładu materii we Wszechświecie.
18 kwietnia 2015 roku należący do CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) 64-metrowy radioteleskop Parkes w Australii wykrył szybki błysk radiowy. Detekcja uruchomiła międzynarodowy alarm pozwalający innym teleskopom szybko przeprowadzić obserwacje uzupełniające. Dzięki temu zaledwie kilka godzin później kilka teleskopów na całym świecie już wypatrywało źródła FRB (włącznie z także należącym do CSIRO teleskopem ATCA (Australian Telescope Compact Array)).
FRB to tajemnicze jasne błyski radiowe trwające zaledwie kilka milisekund. Ich pochodzenie jest wciąż owiane tajemnicą – naukowcy mają jednak kilka hipotez na temat ich źródła. FRB są przede wszystkim bardzo trudne do odkrycia – przed kwietniową detekcją odkryto ich zaledwie 16.
„W przeszłości FRB były znajdowane w danych zebranych miesiące czy nawet lata wcześniej. Tyle że wtedy już jest za późno na obserwacje uzupełniające,” mówi dr Evan Keane, naukowiec projektu w Square Kilometre Array Organisation oraz główny naukowiec projektu. Aby temu zaradzić, zespół opracował własny system obserwacji, który pozwala wykryć FRB w kilka sekund i natychmiast zaalarmować obsługę innych teleskopów, które wtedy będą miały czas na zebranie danych tuż po zaobserwowaniu rozbłysku.
Wykorzystując sześć 22-metrowych anten ATCA i ich łączną rozdzielczość, zespół był w stanie ustalić lokalizację źródła sygnału z dużo większą dokładnością niż to było możliwe w przeszłości i odkryć poświatę radiową, która widoczna była przez kolejne sześć dni. To właśnie ta poświata umożliwiła im ustalenie lokalizacji źródła FRB niemal 1000 razy dokładniej niż w przypadku wcześniejszych rozbłysków.
„Kluczem tego projektu była błyskawiczna lokalizacja FRB i identyfikacja galaktyki pochodzenia,” powiedział Benjamin Stappers, profesor astrofizyki z University of Manchester. „Odkrycie kolejnych FRB pozwoli nam na jeszcze dokładniejsze badania brakującej materii, a być może na zbadanie ciemnej energii. Aby tego dokonać rozpoczynamy właśnie projekty badawcze wykorzystujące sieci teleskopów takie jak eMerlin oraz MeerKAT, które pozwolą nam na ustalenie lokalizacji bezpośrednio z samego rozbłysku.”
Zespół następnie skorzystał z 8.2-metrowego teleskopu optycznego Subaru (NAOJ) na Hawajach do sprawdzenia skąd przybył sygnał i jako źródło ustalił eliptyczną galaktykę jakieś 6 miliardów lat świetlnych od Ziemi. „To pierwszy raz kiedy udało nam się zidentyfikować galaktykę macierzystą błysku FRB,” dodaje dr Keane. Optyczne obserwacje pozwoliły także na zmierzenie redshiftu (przesunięcia ku czerwieni) galaktyki – to pierwszy w historii pomiar odległości do źródła FRB.
Błyski FRB wykazują także dyspersję w funkcji częstotliwości, opóźnienie sygnału radiowego spowodowane materią przez którą błysk podróżuje. „Jak dotąd mieliśmy tylko pomiary dyspersji. Teraz gdy oprócz niej mamy także pomiar odległości, możemy zmierzyć jak gęsta materia znajduje się między źródłem rozbłysku a Ziemią i porównać tą gęstość z obecnymi modelami rozkładu materii we Wszechświecie,” mówi dr Simon Johnston, współautor badania. „W praktyce pozwala nam to zmierzyć masę Wszechświata, a przynajmniej materii w nim zawartej.”
Według obecnie przyjmowanych modeli wszechświat składa się w 70% z ciemnej energii, 25% ciemnej materii i 5% 'zwyczajnej’ materii czyli tej, którą możemy obserwować. Niemniej jednak w ramach obserwacji gwiazd, galaktyk i wodoru astronomowie byli w stanie odkryć zaledwie połowę zwykłej materii, reszty nie dało się zaobserwować i jak dotąd mogliśmy mówić o 'brakującej’ materii.
„Dobrą wiadomością jest fakt, że nasze obserwacje pasują do modelu, znaleźliśmy brakującą materię. To pierwszy raz w historii kiedy szybkie błyski radiowe wykorzystane zostały do pomiarów kosmologicznych.”
Oczekuje się, że SKA ze swoją ekstremalną czułością, rozdzielczością i szerokim polem obserwacji będzie w stanie odkrywać setki FRB i lokalizować ich galaktyki macierzyste. Dużo większa próbka błysków pozwoli na precyzyjne pomiary parametrów kosmologicznych takich jak rozkład materii we Wszechświecie oraz na lepsze zrozumienie ciemnej energii.
Wyniki badań opublikowano dzisiaj w periodyku Nature.
Więcej informacji:
- artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.1038/nature17140
Źródło: nature