Chúng ta vừa phát hiện một tia radio nhanh từ một thiên hà xa xôi — và chúng ta có những câu hỏi

Research Brief là một tóm tắt ngắn về công việc học thuật đáng chú ý.

Ý tưởng lớn

Một tia radio nhanh mới được phát hiện có một số đặc điểm độc đáo đang cung cấp những gợi ý quan trọng cho các nhà thiên văn về nguyên nhân có thể gây ra những hiện tượng thiên văn bí ẩn này, đồng thời đặt ra câu hỏi đối với một trong những điều ít nhiều nhà khoa học nghĩ rằng họ đã biết về những tia sáng mạnh mẽ này, như chúng tôi mô tả trong một nghiên cứu mới trên Nature vào ngày 8 tháng 6 năm 2022.

Tia radio nhanh, hay FRBs, là các xung sóng radio rất sáng xuất phát từ các thiên hà xa xôi. Chúng phát ra năng lượng bằng cách nhấn mạnh trong một mili giây bằng năng lượng mà Mặt Trời phát ra trong nhiều ngày. Các nhà nghiên cứu tại Đại học West Virginia phát hiện ra FRB đầu tiên vào năm 2007. Trong 15 năm qua, các nhà thiên văn đã phát hiện khoảng 800 FRBs, với nhiều tia nhanh được phát hiện mỗi ngày.

Khi một kính viễn vọng bắt được một FRB, một trong những đặc điểm quan trọng nhất mà các nhà nghiên cứu quan tâm là một yếu tố gọi là phân tán. Phân tán cơ bản là một đo lường về cách mà một FRB bị căng ra khi nó đến Trái Đất.

Plasma nằm giữa các ngôi sao và thiên hà làm cho tất cả ánh sáng – bao gồm cả sóng radio – chậm lại, nhưng tần số thấp cảm nhận ảnh hưởng này mạnh mẽ hơn và chậm lại nhiều hơn so với tần số cao. FRBs chứa một loạt các tần số, vì vậy ánh sáng tần số cao hơn trong tia sáng đến Trái Đất trước tần số thấp hơn, gây ra sự phân tán. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng phân tán để ước lượng khoảng cách từ Trái Đất tới nguồn gốc của FRB. Càng căng ra một FRB, tín hiệu phải đi qua càng nhiều plasma, nguồn gốc càng xa.

Tại sao điều này quan trọng

FRB mới chúng tôi phát hiện ra được đặt tên là FRB190520. Chúng tôi phát hiện ra nó bằng Kính viễn vọng cầu cảnh đường kính 500 mét tại Trung Quốc. Một điều thú vị ngay từ đầu về FRB190520 là nó là một trong số ít FRB lặp lại và lặp lại thường xuyên hơn nhiều — phát ra 75 tia sáng trong khoảng sáu tháng vào năm 2020.

Đội ngũ của chúng tôi sau đó sử dụng Mảng lớn rải rác, một kính viễn vọng radio tại New Mexico, để nghiên cứu sâu hơn về FRB này và thành công xác định vị trí của nguồn gốc của nó – một thiên hà lùn cách Trái Đất khoảng 3 tỷ năm ánh sáng. Lúc đó, chúng tôi bắt đầu nhận ra FRB này đặc biệt và quan trọng như thế nào.

Trước hết, chúng tôi phát hiện ra rằng có một tín hiệu radio liên tục, mặc dù mờ nhạt hơn nhiều, đang được phát từ cùng một nơi mà FRB190520 đến. Trong hơn 800 FRB phát hiện đến nay, chỉ có một FRB khác có một tín hiệu radio liên tục tương tự.

Thứ hai, vì chúng tôi có thể xác định rõ ràng rằng FRB đến từ một thiên hà lùn, chúng tôi có thể xác định chính xác khoảng cách của thiên hà đó từ Trái Đất. Nhưng kết quả này không hợp lý. Đến bất ngờ của chúng tôi, ước lượng khoảng cách chúng tôi làm bằng cách sử dụng phân tán của FRB là 30 tỷ năm ánh sáng từ Trái Đất, khoảng cách lớn 10 lần so với thực tế 3 tỷ năm ánh sáng đến thiên hà.

Nhà thiên văn chỉ có thể xác định chính xác vị trí – và do đó, khoảng cách từ Trái Đất – của 19 nguồn FRB khác. Đối với khoảng 800 FRB đã biết khác, nhà thiên văn phải chỉ dựa vào phân tán để ước lượng khoảng cách chúng từ Trái Đất. Đối với 19 FRB khác với vị trí đã biết, khoảng cách được ước lượng từ phân tán rất giống với khoảng cách thực tế đến thiên hà nguồn của chúng. Nhưng FRB mới này cho thấy rằng ước lượng sử dụng phân tán đôi khi có thể không chính xác và làm rơi nhiều giả định ra khỏi cửa sổ.

Những điều vẫn chưa biết

Nhà thiên văn trong lĩnh vực mới này vẫn không biết chính xác cái gì tạo ra FRB, vì vậy mỗi phát hiện mới hoặc mảnh thông tin đều quan trọng.

Phát hiện mới của chúng tôi đặt ra những câu hỏi cụ thể, bao gồm việc tín hiệu radio liên tục có phổ biến không, điều gì tạo ra chúng và liệu hiện tượng tạo ra FRB có trách nhiệm phát ra tín hiệu radio liên tục.

Và một bí ẩn lớn là tại sao sự phân tán của FRB190520 lại lớn hơn nhiều so với nên có. Có phải do điều gì đó gần FRB không? Liên quan đến nguồn radio liên tục không? Có liên quan đến vật chất trong thiên hà nơi FRB này đến từ không? Tất cả những câu hỏi này vẫn chưa có câu trả lời.

Bước tiếp theo

Đồng nghiệp của tôi sẽ tập trung vào nghiên cứu FRB190520 bằng cách sử dụng nhiều kính viễn vọng khác nhau trên thế giới. Bằng cách nghiên cứu FRB, thiên hà của nó và môi trường không gian xung quanh nguồn gốc của nó, chúng tôi hy vọng sẽ tìm ra câu trả lời cho nhiều bí ẩn mà nó đã tiết lộ.

Bài viết này của Kshitij Aggarwal, Nghiên cứu viên Liên kết về Thiên văn và Vật lý Thiên văn, Đại học West Virginia, được tái xuất bản từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.