Wszystkie szybkie błyski radiowe mogą pochodzić od źródeł przejawiających wielokrotne fazy aktywności, wystarczy je tylko odpowiednio długo obserwować – do zaskakującej konkluzji doszła międzynarodowa grupa badaczy i badaczek. Udział w pracach mieli również naukowcy z Instytutu Astronomii UMK.

Wyniki badań przedstawiono w artykule "A link between repeating and non-repeating fast radio bursts through their energy distributions", opublikowanym w czwartek 4 stycznie w piśmie "Nature Astronomy". Liderem zespołu naukowców był dr Franz Kirsten z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa w Szwecji. Współautorami badań oraz artykułu są także dr Marcin Gawroński, dr Paweł Wolak oraz mgr Weronika Puchalska z Instytutu Astronomii  na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK.

Badacze zajęli się szybkimi błyskami radiowymi (ang. Fast Radio Bursts – FRB), zjawiskiem zadziwiającym astrofizyków od ponad piętnastu lat. To trwające milisekundy wybuchy promieniowania rejestrowane na falach radiowych. Są niezwykle silne – energia wyzwalana w tak krótkim czasie może być nawet większa niż to, co Słońce produkuje w ciągu tygodni. Do kwietnia 2020 r. wszystkie błyski, które udało się zaobserwować astronomom, pochodziły z kosmologicznych odległości, liczonych w setkach milionów lat świetlnych.

Wzorowa kooperacja

Przedsięwzięcie jest unikatowym w skali światowej przykładem współpracy między profesjonalistami a amatorami. W trakcie badań naukowcy użyli radioteleskopów z Polski, Szwecji, Holandii i Niemiec: 32-metrowej anteny w Toruniu, 25-metrowej w Onsali, 25-metrowej w Westerborku oraz 25-metrowej w Stockert. Warto dodać, że ostatni z wymienionych – niemiecki teleskop, jest użytkowany przez grupę hobbystów z organizacji non-profit Astropeiler Stockert e.V. Obserwowano źródło odkryte wcześniej przez kanadyjski radioteleskop CHIME w konstelacji Byka. Oznaczono go jako FRB 20201124A. Obiekt znajduje w odległości 1,3 mld lat świetlnych i umieszczony jest w galaktyce podobnej w strukturze i rozmiarze do naszej Drogi Mlecznej.

Był to najdłuższy projekt obserwacyjny poświęcony tylko jednemu obiektowi FRB, od którego zarejestrowano wiele zjawisk. W ciągu kilkunastu tygodni źródło to było śledzone nawet do 12 godzin na dzień, jednocześnie przez cztery radioteleskopy na różnych częstotliwościach – tłumaczy dr Marcin Gawroński. – W sumie udało się zaobserwować 46 jasnych błysków, z których każdy trwał pojedyncze milisekundy.

Obiekt ten był wcześniej obserwowany przez największy radioteleskop świata, czyli FAST, zbudowany w Chinach, więc generalnie wiedzieliśmy, czego się spodziewać. Rzeczywistość znowu nas jednak zaskoczyła, co jest dość częste w przypadku badań nad FRB – wyjaśnia dr Franz Kirsten z Uniwersytetu Technicznego Chalmersa. – Znaleźliśmy w danych znacznie więcej zjawisk o dużej mocy, niż to by wynikało z obserwacji wykonanych przez FAST.

Cierpliwość popłaca

Analizując wyniki, naukowcy doszli do zaskakującej konkluzji. Należy wcześniej wyjaśnić, że zjawiska FRB w ogólności są jednopojawieniowe, tzn. radioteleskopy rejestrują pojedyncze błyski z unikalnymi własnościami. To tzw. klasyczne FRB.

Bardzo nieliczne obiekty emitują wiele błysków – przez długi czas spekulowano, choć było to tylko podejrzenie, że w rzeczywistości dotyczy to wszystkich źródeł FRB, lecz my jesteśmy w stanie zaobserwować tylko najjaśniejsze z nich – mówi dr Gawroński. – Dzięki naszym wspólnym badaniom udało nam się zgromadzić bazę danych, które zdają się potwierdzać takie połączenie. Oznaczać to może, że jeśli będziemy wystarczająco cierpliwi i spędzimy wystarczająco dużo czasu, śledząc wybrany obiekt FRB, to powinniśmy zarejestrować od niego kolejne zjawiska.

Co więcej, dane uzyskane przez międzynarodową grupę badaczy i badaczek wskazują na inny, dość zdumiewający fakt.

– Mogą mianowicie istnieć różne procesy fizyczne albo różne obszary emisji wytwarzające FRB w tym samym obiekcie. To również kompletne zaskoczenie. Jeden z procesów czy regionów dominuje w mniej energetycznej część błysków, drugi zaś odpowiada za te najjaśniejsze – dodaje dr Gawroński.

Nieustająca zagadka

Mimo intensywnych wysiłków astrofizycy nadal nie wiedzą, jakie ciała niebieskie generują szybkie błyski radiowe, ani nie potrafią wskazać odpowiedzialnych za nie zjawisk fizycznych. To nadal wielka tajemnica współczesnej nauki. Panuje jednak przekonanie, z FRB emitowane są przez tzw. magnetary – bardzo zwarte i małe gwiazdy neutronowe, mające największe we Wszechświecie pola magnetyczne, powstające po wybuchach supernowych. Żeby bowiem wygenerować FRB, trzeba mieć potężny zasób energii, z którego w krótkim czasie da się ją uwolnić i spożytkować w różnego typu procesach. Jedynymi znanymi do tej pory tego typu źródłami są  pola magnetyczne podgrupy gwiazd neutronowych – owych magnetarów – albo energia grawitacyjna czarnych dziur.