2017.01.06. - Gyors rádiókitörés: most tényleg megvan a forrás helye!

A mindmáig egyetlen ismert ismétlődő gyors rádiókitörés helyének közvetlen azonosításával közelebb kerülhetünk napjaink egyik nagy csillagászati rejtélyének megoldásához.

Alig egy évvel ezelőtt, tavaly február végén közölte a Nature egy nemzetközi kutatócsoport beszámolóját, amelyben közvetett úton megtalálni vélték egy valós időben detektált gyors rádiókitörés gazdagalaxisát. Mint ahogyan az a nagy figyelmet kiváltó publikációkkal néha lenni szokott, nem minden következtetés állta ki az idők próbáját. A korábbi és az azóta végzett új mérések elemzése ugyanis inkább arra utal, hogy az FRB 150418 jelű (vagyis a 2015. április 18-án észlelt) gyors rádiókitörés nem szükségképpen a feltételezett galaxisból származott, a rádiótartományban ott mért fényességváltozások sokkal kézenfekvőbb módon magyarázhatók egy viszonylag halvány, de aktív galaxismag viselkedésével. A kitörés feltételezett "utófénylése" sem tűnt el teljesen, csak rádiósugárzása elhalványodott, ami arra utal, hogy nem a rövid lefolyású (tranziens) jelenséggel, hanem inkább egy időben változó teljesítménnyel sugárzó aktív galaxismaggal hozható összefüggésbe.

Nem kellett sokáig várni az újabb, immár meggyőzőbbnek tűnő, közvetlen felfedezésre. Az eredményeket most a Nature és az Astrophysical Journal Letters folyóiratokban publikáló csillagászcsoportot az segítette, hogy az általuk vizsgált FRB 121102 jelű gyors rádiókitörés ismétlődő jellegű. Ezt 2012-ben Arecibóban fedezték fel, és eddig az egyetlen, amely nem csak egyszeri és soha vissza nem térő jelenség, hanem rendszertelen időközönként ugyan, de újabb és újabb kitöréseket produkál. Felmerülhet persze a kérdés, hogy az FRB 121102 mennyire jellegzetes képviselője a gyors rádiókitöréseknek - erre csak a folytatódó kutatások adhatják meg a választ a jövőben. Az ismétlődő kitörések mindenesetre módot adtak arra, hogy a rádiósugárzást megkíséreljék több teleszkópból álló interferométeres hálózatokkal is detektálni. Ezek felbontása nagyságrendekkel finomabb lehet, mint akár a legnagyobb egyedi rádiótávcsöveké - amilyen Arecibo vagy Green Bank -, így ennyivel pontosabban tudják lokalizálni a jelenséget az égen.

Fantáziarajz az FRB 121102 ismétlődő kitörésének megfigyeléséről az új-mexikói VLA rádiótávcső-hálózattal.
[Danielle Futselaar]

A megfigyelési erőfeszítéseket siker koronázta. 2016 augusztusában az amerikai VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) rádiótávcső-hálózattal először tudták megfigyelni az FRB 121102 egyik ismétlődő kitörését. Ezzel már az ívmásodperc töredékére tudták leszorítani az égi koordináták pontosságát. A hely környékén korábbi optikai és rádiómegfigyelésekből ismert objektumot kerestek és találtak, amelyet további vizsgálatoknak vetettek alá. Méréseket végeztek például az Európai VLBI Hálózat (European Very Long Baseline Interfereometry Network, EVN) és az arecibói rádiótávcső bevonásával, valamint az amerikai VLBA (Very Long Baseline Array) hálózattal is. Az egész Földet behálózó, egymástól akár több ezer kilométer távolságban levő antennák összehangolt interferométeres mérései nyújtják a legfinomabb szögfelbontást, ami a csillagászatban manapság elérhető. Szerencsére a többször megismételt megfigyelések egyike alatt újra felvillant a távoli rádióforrás, így az EVN-nek és Arecibónak közösen sikerült a VLA-val mért pozíciónál még tízszer pontosabban (csupán mintegy 10 ezredívmásodpercnyi hibával) megkapni az FRB 121102 égi koordinátáit.

A rádiókitörés pozíciójának legpontosabb meghatározására használt Arecibo rádiótávcső és az Európai VLBI Hálózat fantáziaképe.
[Danielle Futselaar]

Igazolni tudták azt a feltételezést, hogy a gyors rádiókitörések messze a Tejútrendszeren túlról, távoli galaxisokból erednek. Ez a magyarázat korábban, már az első felfedezések idején is kézenfekvőnek tűnt, mivel a széles sávban észlelt rádiójelek beérkezési ideje a frekvenciától függő eltolódást szenved. A kitörés csúcsának időbeli "szétterülését" a diszperziónak nevezett jelenség okozza. Ennek mértékéből arra lehet következtetni, hogy csupán a Tejútrendszeren belülről nem, csak a galaxisközi ionizált gáz hatásából eredhet. A rádiójel áthalad a plazmán, mielőtt rádiótávcsöveink felfognák, és a frekvenciától függően késik. A mostani felfedezés különös jelentősége, hogy ebben az esetben sikerült megállapítani az ismétlődő FRB gazdagalaxisának a tőlünk mért távolságát is. A távolság pontos ismerete pedig elengedhetetlen feltétele, hogy pontosan meghatározzák, mekkora teljesítménnyel is sugároz ez a rejtélyes objektum. Enélkül nehéz fizikai magyarázatot keresni arra, hogy mi okozhatja valójában a kitöréseket.

A pontos rádiópozíció ismeretében a kutatócsoport a Mauna Keán található 8 m-es Gemini North távcsővel megfigyelte a kitörés halvány, mondhatni jelentéktelen gazdagalaxisát és megmérte annak optikai színképét, amiből a színképvonalainak vöröseltolódására 0,1927 adódott. Egy tőlünk 3 milliárd fényévre levő törpegalaxisról van szó, amelyet alacsony fémtartalom és aktív csillagkeletkezés jellemez. Érdekesség, hogy a VLBI mérések alapján a kompakt rádióforrás mintegy 0,2 ívmásodperccel arrébb van, mint a törpegalaxis középpontja - bár az is igaz, hogy az ilyen galaxisok esetében a valódi középpont nem mindig határozható meg egyértelműen. Az optikai megfigyelések nem utalnak aktív galaxismag jelenlétére. Egyelőre csak egyetlen jól megmért objektumról van szó, amely ráadásul nem feltétlenül tipikus képviselője a gyors rádiókitöréseknek, így korai volna messzemenő következtetéseket levonni. Mindenesetre érdekes egybeesés, hogy a gazdagalaxis tulajdonságai hasonlítanak olyan galaxisokéihoz, amelyekben hosszú időtartamú gamma-kitörések és ún. szuperfényes szupernóvák figyelhetők meg. Az ilyen törpegalaxisokban a csillagközi gáz még nem dúsult fel a hidrogénnél és héliumnál nehezebb elemekkel, így meglehet, hogy nagyobb tömegű csillagok is ki tudnak alakulni belőle. Egy elképzelés szerint ezek összeomlásával járhatnak együtt a gyors rádiókitörések - de amíg nem sikerül több hasonló megfigyelést végezni, addig mindezt lehetetlen megerősíteni vagy cáfolni.

A nagy felbontású VLBI mérések érdekes eredménye, hogy a kitörések helyének közelében egy halvány, kompakt, de állandó rádióforrás figyelhető meg. Ez lehet egy alacsony fényességű aktív galaxismag vagy egy különleges neutroncsillag által fűtött fiatal szupernóva-maradvány. A pozíciós egyezés miatt logikusnak tűnhet az állandó forrás és a gyors rádiókitörés azonosítása, ami újabb keletkezési magyarázatok lehetőségét veti fel. Nem nehéz megjósolni, hogy az FRB-k még egy ideig bőven adnak feladatot mind az elméleti asztrofizikusoknak, mind a megfigyelő csillagászoknak.

A mostani felfedezést jegyző kutatócsoportnak Paragi Zsolt személyében magyar tagja is van, aki munkahelyén (Joint Institute for VLBI ERIC, Hollandia) három éve irányítja a gyors rádiókitörések VLBI detektálását célzó erőfeszítéseket.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazinban jelent meg.

Kapcsolódó videó: https://youtu.be/1t-pKcD0Bsw

Forrás:

• Chatterjee S. et al., A direct localization of a fast radio burst and its host, Nature 541, 58–61 (05 January 2017)
• Marcote B. et al., The Repeating Fast Radio Burst 121102 as Seen on Milliarcsecond Angular Scales
• Tendulkar S.P. et al., The Host Galaxy and Redshift of the Repeating Fast Radio Burst 121102
• arXiv:1701.01098 [astro-ph.HE]