China Sky Eye" används nu till att avslöja binära ursprung av snabba radiovågsutbrott

 

Bild https://www.hku.hk/ En illustration av ett binärt system med snabba radiostrålningsutbrott. I detta fall ett magnetiserat plasmamoln, genererat av en koronamassutkastning från en närliggande stjärna som korsar siktlinjen till FRB-källan (se nedan) och orsakar en skarp och övergående variation i rotation. Bildkredit: Y. Liu, X. Yang, Y.F. Liang, W.L. Zhang och Y. Li (PMO)

Ett internationellt team av astronomer inklusive forskare från fysikinstitutionen vid University of Hong Kong (HKU), har avslöjat bevis för att åtminstone vissa snabba radioutbrott (FRB)-källor korta men kraftfulla radiovågsblixtar från avlägsna galaxer har ursprung från binära stjärnsystem. Detta innebär att FRB-källan inte är en isolerad stjärna, som tidigare antagits utan en del av ett binärt stjärnsystem där ex två stjärnor kretsar kring varandra.

Med hjälp av Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) som finns i Guizhou, även känt som "China Sky Eye" upptäckte teamet en distinkt signal som avslöjar närvaron av en närliggande följeslagarstjärna som kretsar runt FRB-källan. Upptäckten är publicerad i Science,  och baseras på nästan 20 månaders övervakning av en aktiv upprepande FRB belägen cirka 2,5 miljarder ljusår bort.

Förändringar i polarisationsegenskaperna hos radiovågor kan avslöja miljön runt en FRB-källa. Teamet observerade ett sällsynt fenomen känt som en 'RM-flare'  en plötslig och dramatisk förändring i radiosignalens polarisationsegenskaper, sannolikt orsakad av en koronamassutkastning (CME) från en följeslagarstjärna som kontaminerar miljön kring FRB-källan.

'Fyndet ger en definitiv ledtråd till ursprunget till åtminstone några upprepande FRB:er,' beskriver professor Bing ZHANG, professor i astrofysik vid fysikinstitutionen och grundande direktör för Hong Kong Institute for Astronomy and Astrophysics vid HKU, samt korresponderande författare till artikeln i Science. 'Bevisen stöder starkt ett binärt system som innehåller en magnetar en neutronstjärna med ett extremt starkt magnetfält, och en stjärna som vår sol.

Snabba radioutbrott är millisekunder långa men oerhört ljusa radioblixtar bortom vår galax. Medan de flesta FRB observeras endast en gång, upprepas en liten andel vilket ger sällsynta möjligheter till långsiktiga studier och möjligt att upptäcka ovanliga förändringar över tid. Dessa upprepande källor har övervakats noggrant av FAST sedan 2020 genom ett dedikerat FRB Key Science Programme som leds av professor Bing Zhang.

FRB 220529A var en av de aktiva repeterande FRB:erna som kontinuerligt övervakades med FAST.

'FRB 220529A övervakades i månader och verkade initialt oansenligt', beskriver professor Bing Zhang. 'Men, efter en observation i 17 månader, hände något riktigt spännande.' FRB:er är kända för sin nästan 100 % linjära polarisation. När radiovågor färdas genom ett magnetiserat plasma roterar deras polarisationsvinkel med frekvensen—en effekt som kallas Faraday-rotation, mätt med rotationsmåttet (RM).

'Mot slutet av 2023 upptäckte vi en abrupt RM-ökning med mer än en faktor tjugo,' sade Dr Ye LI från Purple Mountain Observatory och University of Science and Technology of China, artikelns förstaförfattare.

'RM sjönk sedan snabbt under två veckor och återgick till sin tidigare nivå. Vi kallar detta en "RM-flare".' En sådan kortvarig RM-förändring är förenlig med en tät magnetiserad plasma som kort korsar siktlinjen. 'En naturlig förklaring är att en närliggande följeslagarstjärna sköt ut denna plasma,' förklarade professor Bing Zhang.

'En sådan modell fungerar bra för att tolka observationerna,' sade professor Yuanpei YANG, professor vid Yunnan universitet och medförfattare till artikeln. 'Den nödvändiga plasmaklumpen stämmer överens med CME:er som avfyras av solen och andra stjärnor i Vintergatan.'

Även om följeslagarstjärnan inte kan observeras direkt på detta avstånd, avslöjades dess närvaro genom kontinuerliga radioobservationer med FAST och Australiens Parkes-teleskop.

'Denna upptäckt möjliggjordes tack vare ihärdiga observationer med världens bästa teleskop och det outtröttliga arbetet från vårt dedikerade forskarteam,' sade professor Xuefeng WU vid Purple Mountain Observatory och University of Science and Technology of China, huvudkorresponderande författare.

Upptäckten stöder också en nyligen enhetlig fysisk bild som föreslagits av professor Bing Zhang och hans samarbetspartner, att alla FRB har sitt ursprung i magnetarer, med interaktioner i binära system som möjliggör en föredragen geometri som möjliggör mer frekventa, upprepade utbrott. Fortsatt långsiktig övervakning av upprepande FRB kan avslöja hur vanliga binära system är bland dessa mystiska källor.

Forskningen utfördes gemensamt av HKU, Purple Mountain-observatoriet, Yunnanuniversitetet, de nationella astronomiska observatorierna vid Kinas vetenskapsakademi och andra samarbetsinstitutioner. Professor Xuefeng Wu (Purple Mountain Observatory), professorerna Peng Jiang och Weiwei Zhu (National Astronomical Observatories) samt professor Bing Zhang från fysikinstitutionen vid HKU tjänstgjorde som korresponderande författare.