2016.03.01. - Kozmikus anyagleltárt pontosít egy gyors rádiókitörés gazdagalaxisa

Egy nemzetközi kutatócsoport a rádió- és az optikai tartományban végzett észlelések alapján azonosította egy ún. gyors rádiókitörés gazdagalaxisát. Az eredmény segíthet az univerzum anyagleltárának pontosításában.

2015. április 18-án az ausztráliai CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) 64 méteres Parkes rádióteleszkópja egy ún. gyors rádiókitörést (FRB, Fast Radio Burst) detektált, miközben a SUPERB (SUrvey for Pulsars and Extragalactic Radio Bursts) felmérésen dolgozott. Azonnal nemzetközi riasztást adtak ki, és néhány órán belül számos távcső fordult a forrás irányába, köztük a CSIRO ATCA (Australia Telescope Compact Array) antennarendszere és az effelsbergi rádióteleszkóp Németországban.

Az FRB-k rejtélyes fényes rádióvillanások, amelyek mindössze néhány milliszekundumig tartanak. Eredetük egyelőre ismeretlen, bár hosszú a listája a lehetséges jelenségeknek és magyarázatoknak, amelyek hozzájuk köthetők. Az FRB-k detektálása rendkívül nehéz, a jelenlegi felfedezés csupán a 17. a sorban. Evan Keane (Square Kilometre Array Organisation), a vizsgálat vezető kutatója szerint korábban csak a hosszú hónapokat és éveket átfogó adathalmazok alapos átvizsgálásával lehetett utólag kimutatni őket. Akkor azonban már túl késő volt, hogy más hullámhossz-tartományokban is megfigyelhessék a hatásukat. Ezt orvosolandó Keane és munkatársai saját észlelőrendszert (SUPERB) alakítottak ki, amellyel néhány másodpercen belül képesek detektálni az FRB-ket és azonnal riasztani a közösséget, hogy elegendő idő álljon még rendelkezésre a kezdeti felvillanás közvetlen hatásának tanulmányozására.

Az ATCA hat darab 22 méter átmérőjű tányérjával elérhető felbontásnak köszönhetően a csoport a korábbinál sokkal nagyobb pontossággal tudta meghatározni a jel forrásának helyzetét, illetve képes volt a rádiótartománybeli utófényt is detektálni annak körülbelül 6 nappal későbbi elhalványulásáig. A pozíció pontosságának javulása szinte hihetetlen, mintegy ezerszer jobb az eddigi eredményeknél. A puzzle teljes kirakásához azonban néhány darabra még szükségük volt a kutatóknak. Ehhez a National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) 8,2 méteres Subaru teleszkópját használták. Megvizsgálva azt a területet, ahonnan a jel érkezett, azonosítottak egy 6 milliárd fényévre lévő elliptikus galaxist. Ez az első alkalom, hogy egy FRB-hez megtalálták a galaxist is, amelyhez az esemény köthető. Az optikai megfigyelésekből annak vöröseltolódását, ezzel pedig a távolságát is sikerült meghatározni, az FRB-k kutatásának történetében szintén először.

A bal oldali infravörös kép a Parkes rádióteleszkóp látómezejét mutatja, cián színnel megjelölve azt a helyet, ahonnan a jel érkezett. (A körök a rádióteleszkóp ún. többnyalábos vevőjének - multibeam receiver - mezői.) A jobb oldalon az adott területbe egyre jobban belenagyító nézeteket láthatunk. Lent az FRB gazdagalaxisának Subaru teleszkóp által rögzített képe, amelyen ellipszis jelzi az ATCA által detektált, 6 nap alatt elhalványuló utófény területét.
[D. Kaplan (UWM), E. F. Keane (SKAO)]

A jelforrás fizikai természetének feltárásához szükség van a pozíciójának, távolságának ismeretére, és annak megállapítására, hogy a jel ismétlődik-e vagy sem. A kutatás egyik résztvevője, a rádióprofilokat elemző Michael Kramer (Max Planck Institute for Radio Astronomy, MPIfR) szerint az adatok analízise alapján a forrás nem ismétlődő, egyszeri kataklizmikus esemény volt a távoli galaxisban.

Az FRB-k frekvenciafüggő diszperziót mutatnak, ami azt jelenti, hogy a rádiójelekben tapasztalható késés attól függ, azok milyen tulajdonságú anyagon haladtak keresztül, miközben a forrástól hozzánk érkeztek. Simon Johnston (CSIRO Astronomy and Space Science Division) magyarázata szerint eddig csak a diszperziót tudtuk mérni, most a távolság ismeretében azonban azt is meg tudjuk mondani, hogy a jel milyen sűrűségű anyagon haladt át, ezt pedig össze lehet vetni az univerzum anyageloszlására vonatkozó jelenlegi modellel. Végeredményben a világegyetem anyagtartalmára tudunk következtetni, pontosabban az ún. "közönséges" anyag mennyiségére.

Ma úgy gondoljuk, hogy az univerzum 70%-ban sötét energiából, 25%-ban sötét anyagból, 5%-ban pedig közönséges anyagból áll, utóbbi az, amit láthatunk, azaz elektromágneses sugárzás formájában hírt ad magáról. A csillagok, galaxisok és a leggyakoribb elem, a hidrogén észlelésével azonban a közönséges anyagnak csak mintegy feléről tudunk számot adni, a maradék közvetlenül nem észlelhető, ezért gyakran a "hiányzó" jelzővel illetik. Keane szerint az a jó hír, hogy az észleléseik felfedték ezt a hiányzó anyagot: először sikerült egy gyors rádiókitörés segítségével kozmológiai következtetést levonni, mégpedig azt, hogy a mérések szerint az ionizált barionos anyag aránya az intergalaktikus térben Ω_IGM = 4,9±1,3%, ami jól egyezik a WMAP méréseiből várható értékkel. A 6 napos tranziens a rövid gammavillanások rádiótartománybeli utófényével van összhangban, és a léte, illetve időskálája nem támogatja azokat a progenitor-modelleket, amelyek szerint a gyors rádiókitöréseket pulzárok óriási pulzusai vagy szupernóvák okozhatják. Ráadásul egy nemrégiben detektált másik gyors rádiókitörés interpretációjával sem egyeztethető össze, ami viszont azt sejteti, hogy ezeknek a jelenségeknek is legalább két osztálya van.

A fentiek jól mutatják az FRB-kben rejlő lehetőséget, az új kozmológiai eszközt, amely akkor lesz különösen hatékony, ha majd több százat ismerünk már. A Square Kilometre Array rendkívüli érzékenységével, felbontásával és nagy látómezejével a várakozások szerint sok-sok FRB-t detektálhat majd, és azonosíthatja azok gazdagalaxisait. A nagy minta lehetővé teszi a pontosabb mérését olyan kozmológiai paramétereknek mint például az univerzum anyageloszlása, ezen keresztül pedig újabb lépést jelenthet a sötét energia természetének megértése felé.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2016.02.24.
• arXiv:1602.07477 [astro-ph.HE]