Подобно на гравитационните вълни и експлозиите на гама-лъчи (GRB), бързите радиоимпулси (FRB) са едно от най-мощните и загадъчни астрономически явления днес. Тези кратковременни събития се състоят от импулси, които за една милисекунда отделят повече енергия, отколкото Слънцето за три дни. Въпреки че повечето изблици продължават само милисекунди, има редки случаи, в които FRB се повтарят.

Макар че астрономите все още не са сигурни какво ги причинява и мненията за тях се различават, специализираните обсерватории и международното сътрудничество драстично са увеличили броя на събитията, достъпни за изследване.

Водеща обсерватория е Канадският експеримент за картографиране на водородния интензитет (CHIME - Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) - радиотелескоп от следващо поколение, разположен в радиоастрофизичната обсерватория Dominion (DRAO) в Британска Колумбия, Канада. Благодарение на голямото си зрително поле и широкото си честотно покритие този телескоп е незаменим инструмент за откриване на FRB (повече от 1000 източника до момента) Използвайки нов тип алгоритъм, колаборацията CHIME/FRB открива доказателства за 25 нови повтарящи се FRB в данните на CHIME, които са били открити между 2019 и 2021 г.

Въпреки загадъчния си характер FRB са широко разпространени и най-добрите оценки сочат, че събитията пристигат на Земята приблизително хиляда пъти на ден от цялото небе. Нито една от предложените до момента теории или модели не може да обясни напълно всички свойства на импулсите или на източниците. Докато за някои от тях се смята, че са причинени от неутронни звезди и черни дупки (което се дължи на високата енергийна плътност на заобикалящата ги среда), други продължават да не се поддават на класификация. Поради това продължават да съществуват и други теории, вариращи от пулсари и магнетари до експлозии на гама-лъчи и извънземни комуникации.

Първоначално CHIME е проектиран да измерва историята на разширяването на Вселената чрез регистриране на неутрален водород. Приблизително 370 000 години след Големия взрив Вселената е била пронизана от този газ и единствените фотони са били или реликтовото лъчение от Големия взрив - космическият микровълнов фон - или тези, освободени от атомите на неутралния водород. Поради тази причина астрономите и космолозите наричат този период "тъмни векове", който приключва приблизително 1 милиард години след Големия взрив, когато първите звезди и галактики започват да реионизират неутралния водород (епоха на реионизация).

По-конкретно, CHIME е проектиран да открива дължината на вълната на светлината, която неутралният водород поглъща и излъчва, известна като 21-сантиметровата водородна линия. По този начин астрономите могат да измерят колко бързо се е разширявала Вселената по време на "тъмните векове" и да направят сравнение с по-късните наблюдаеми космологични епохи. Оттогава обаче CHIME се оказа идеално подходящ за изучаване на FRB, благодарение на широкото си зрително поле и диапазона от честоти, които покрива (от 400 до 800 MHz). Това е и целта на колаборацията CHIME/FRB, която се състои в откриването и описването на FRB и проследяването им до техните източници.

Всеки FRB се описва чрез позицията му в небето и величина, известна като мярка за дисперсия (DM), обяснява водещият автор Зиги Плеунис (Ziggy Pleunis).

Това се отнася до закъснението от високите към ниските честоти, причинено от взаимодействието на изблика с материала при пътуването му в пространството. В статия, публикувана през август 2021 г., CHIME/FRB Collaboration представи първия каталог на FRB с голяма извадка, съдържащ 536 събития, засечени от CHIME между 2018 и 2019 г., включително 62 импулса от 18 предварително докладвани повтарящи се източника.

 За последното проучване Плейнис и колегите му разчитат на нов алгоритъм за групиране, който търси множество събития, разположени съвместно в небето със сходни DM.

^{CHIME се състои от четири метални "полутръби", всяка от които е дълга 100 метра. Кредит на изображението: CHIME/Andre Renard, Dunlap Institute.}

"Можем да измерим позицията на бързия радиоимпулс в небето и дисперсионната мярка до определена точност, която зависи от конструкцията на използвания телескоп", обяснява Плеунис.

"Алгоритъмът за групиране разглежда всички бързи радиоимпулси, които телескопът CHIME е открил, и търси групи от FRB, които имат последователни позиции на небето и мерки за дисперсия в рамките на неопределеността на измерването. След това правим различни проверки, за да се уверим, че избухванията в клъстера наистина идват от един и същ източник."

От откритите до момента над 1000 FRB само 29 са определени като повтарящи се по природа. Нещо повече, почти всички повтарящи се FRB се повтарят по неравномерен начин. Единственото изключение е FRB 180915, открит от изследователите в CHIME през 2018 г. (и докладван през 2020 г.) и пулсиращ на всеки 16,35 дни. С помощта на този нов алгоритъм колаборацията CHIME/FRB е открила 25 нови повтарящи се източника, което почти удвоява броя на наличните за изследване. Освен това екипът отбелязва някои много интересни характеристики, които биха могли да дадат представа за техните причини и характеристики. Плеунис добавя:

"Когато внимателно преброим всички наши бързи радиоизбухвания и източниците, които се повтарят, откриваме, че само около 2,6 % от всички открити бързи радиоимпулси се повтарят. За много от новите източници сме открили само няколко импулса, което прави източниците доста неактивни. Почти толкова неактивни, колкото източниците, които сме наблюдавали само веднъж.

"По този начин не можем да изключим, че източниците, за които досега сме видели само един импулс, в крайна сметка ще покажат и повторни импулси. Възможно е всички източници на бързи радиоимпулси в крайна сметка да се повторят, но много източници не са много активни. Всяко обяснение на бързите радиоимпулси трябва да може да обясни защо някои източници са хиперактивни, а други са предимно безмълвни."

_{Илюстрация на CHIME, който открива бързи радиоизбухвания (FRB) в нощното небе. Кредит: James Josephides/Mike Dalley}

Тези открития могат да помогнат за информиране на бъдещи проучвания, които ще се възползват от радиотелескопите от следващо поколение, които ще започнат да функционират през следващите години. Сред тях е обсерваторията Square Kilometer Array Observatory (SKAO), която се очаква да започне работа до 2027 г. Разположен в Австралия, този телескоп с 128 чинии ще бъде обединен с масива MeerKAT в Южна Африка, за да се създаде най-големият радиотелескоп в света. Междувременно огромната скорост, с която се откриват нови FRB (включително повтарящи се събития), може да означава, че радиоастрономите са близо до пробив.

Справка: CHIME/FRB Discovery of 25 Repeating Fast Radio Burst Sources
The CHIME/FRB Collaboration; 
https://doi.org/10.48550/arXiv.2301.08762

Източник: Astronomers Find 25 Fast Radio Bursts That Repeat on a Regular Basis
Universe Today