Teisipäev, 22. september 2020

Kiireid raadiopurskeid uurides avastati täielikust tühjusest pool kogu universumi nähtavast ainest

Tundmatu päritoluga ja ennustatamatu tekkega FRB-d ehk kiired raadiopursked on ülivõimsad ja kiired raadiolainete hetkelised pursked, pakkides endasse murdosa sekundilise kestvuse jooksul energiahulga, mis on võrreldav Päikese toodanguga 80 aasta jooksul.
Kuigi täpselt ei teata, mis sellise sündmuse käivitab, siis tegeletakse lahenduste väljatöötamisega aktiivselt. Tuvastamisele aitab kaasa purske tekkimise asukoha kindlaks tegemine ja õnneks on avastatud ka korduvad FRB-d, mida saame jälgida. Hiljuti tuvastati esmakordselt üks FRB meie enda galaktikast ning andmed viitavad magnetarile.

Highly magnetized rotating neutron star. Nii võiks välja näha näiteks asteroidivööd läbiv pöörlev neutrontäht, mis on mõjutab oma tugevate magnetväljadega enda ümber sattunud ainet.
Australian Square Kilometre Array Pathfinder (Austraalia Ruutkilomeetrine Antennimassiiv Teeleidja) koosneb 36-st raadioteleskoobist, igaüks neist 12 meetrise läbimõõduga, mis on jaotatud 4000 ruutmeetri peale. Seal töötaval meeskonnal õnnestus määrata nelja FRB suhteliselt täpne asukoht ehk esialgu FRB kodugalaktika, kahe signaali puhul saavutati veelgi täpsemad tulemused. Kõik neli signaali annavad nõnda infot selle kohta, kus need FRB-d pärit ei ole, ehk siis hakkame aga välistama, abiks seegi. Kahe täpsemini lokaliseeritud FRB andmed viitavad galaktika äärealadele, seega järeldatakse, et signaalid ei ole teele asunud galaktikate keskmetest ja seal paiknevatest supermassiivsetest mustadest aukudest. Samuti välistas töörühm supernoovad, sest nende FRB-de suhteliselt suurtes kodugalaktikates lihtsalt ei ole väga palju supernoovasid tuvastatud.
Sõelal on endiselt palju hüpoteese – alates tihedate objektide kokkupõrgetest, nagu näiteks valged kääbused või neutrontähed, kuni magnetaride sähvatusteni. Iga positsioneerimine annab juurde uut infot ja selliste teadmiste kogumine on tohutu tehniline saavutus. Veel ei tea, aga liigume, on kandidaadid ja otsast tõmmatakse ebatõenäolisemaid andmete põhjal maha. Teaduse tee on selge.

Kunstniku nägemus kiirete raadiolainete ja sähvatuse asukoha jälgimisest erinevate instrumentidega. Asukoha määramine on oluline mõistmaks, mis raadiopurskeid tekitada võiks.
Veelgi põnevam, FRB-sid uurides leiti üles seni tuvastamatuna püsinud hulk tavaainet. Astronoomid on FRB-sid uurides avastanud, et raadiolained on Maale jõudnuna moondunud.
Analüüs näitab, et umbes pool universumi tavaainest peidab end galaktikatevahelises ruumis. See küsimus on valdkonna inimesi vaevanud kümneid aastaid ja teooreetikud on selle idee juba ammu välja käinud. Tõestust on vaja. Varajase universumi aegadel tekkinud valguse vaatlused näitavad, et barüonid (prootonid, neutronid) peaksid moodustama umbes 5% universumi kogumassist. Aga praeguses universumis moodustab lihtsasti leitav aine, nagu tähed ja galaktikatesisene gaas, kõigest pool eeldatavast massist.
Galaktikatevahelise gaasi ideed on uuritud ka ainest eralduva nõrga röntgenkiirguse tuvastamise abil, glaktikatevahelistes ainefilamentides kosmilise taustakiirguse moondumise tuvastamisega ja kvasaritelt tuleva valguse analüüsimise teel. Endiselt aga ei olda päris kindlad, kas see "tühjuses" paiknev gaas on see kadunud osa 5%-st kogu nähtvast ainest või osa umbes 2,5%-st, mida me oleme juba tuvastanud, viimasel juhul on gaas pärit galaktikatest endist, mitte ei ole see ekstra, mida otsitakse.

Kiired raadiopursked pakuvad ülamainitud omavahel juba seotud vaatlustulemusetele tuge juurde. Kõrge sagedusega, kõrge energiaga raadiolained kihutavad läbi galaktikatevahelise mateeria kiiremini, kui signaali madalama sagedusega osa, tekitades Maale jõudes tuvastatava nihke signaalis. Vaata animatsiooni lingilt kommentaarides.

Ühe võimaliku stsenaariumi kohaselt põhjustab kiire raadiopurske magnetarilt pärinev loide, mis kiirendab eelnevatest loidetest maha jäänud nüüdseks aeglasemalt liikuvat ainet.
Tõusulaine harjal tekivad tugevad magnetväljad, elektronid saavad energiat juurde ja energia vabaneb raadiolainetena.
Australian Square Kilometre Array Pathfinder abil uuriti viite FRB-d viiest erinevast galaktikast. Iga FRB puhul võrreldi erinevate sageduste saabumisaegasid, et teada saada, kui palju mateeriat jäi raadiopurske teele. Seejärel teades FRB kodugalaktika ja Linnutee vahelist kaugust arvutati välja barüonite tihedus kahe galaktika vahel. Tulemuseks saadi keskmiselt üks barüon kuupmeetri kohta. Galaktikate tihedus miljon korda suurem. Kuigi galaktikatevahelise mateeria tihedus on väga väike, siis vahemaad ning ruumalad on tohutud ja mõõdetud tihedus klapib eeldusega, et "tühjuses" peab massi olema sama palju, kui seda on galaktikates selgelt nähtavas aines, tuues seega tavaine kogumassi viie protsendi peale kogu universumi massist.

Esimese FRB avastas Duncan Lorimer ja tema õpilane David Narkevic aastal 2007, kui nad uurisid ühe pulsari arhiveerituid andmeid.
Nagu ikka teaduses ollakse lõpliku tõe väljakuulutamisega ettevaatlikud. Viis on küllatki väike protsent, tuleb integreerida teiste meetodite tulemusi ja on vaja uurida veel palju FRB-sid, et saada veamarginaal võimalikult madalaks. Siiski ollakse FRB analüüsimiste tuleviku suhtes optimistlikud, kui neid saab piisavalt uuritud, siis võib arvata, et kadunud tavaine ongi leitud. Samas liigub mõte juba edasi - jah, kadunud ja nüüd leitud aine on galaktikate vahel, aga kuidas jaotub seal mateeria täpsemalt? Tuhandete signaalide uurmisel saadud andmete abil on tulevikus võimalik määrata ka aine jaotumine FRB teekonnal ja nii saaks kaardistada kosmilist ainevõrgustikku.

2 kommentaari:

  1. Kui nüüd on "leitud" selline hulk ainet ja teades, et tolm hajutab sinist spektrit oluliselt rohkem, kui punast, kas siis võib juhtuda, et see punanihe, mida on peetud Doppleri efektiks, on tingitud hoopis galaktikatevahelisest ainest ja mingit universumi kiirenevat paisumist ei toimugi? Igaljuhul oleks see palju loogilisem seletus, kui mingi müstiline tumeenergia, mis tohutu jõuga galaktikaid laiali surub. Kunagi oli meil ka ju epitsükliteaeg, mida arvati tõene olevat;)

    VastaKustuta
    Vastused
    1. Ei, hajutamine ja nihe on erinevad nähtused. Puna- ja sininihked on laboratoorselt demonstreeritavad efektid, kus elementide neeldumisjooned nihkuvad vastavalt kiirusele erinevates suundades.

      Kustuta