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]