Zespół naukowców wykrył polaryzację kołową w aktywnych, powtarzających się szybkich błyskach radiowych dzięki precyzyjnym obserwacjom prowadzonym przy użyciu radioteleskopu FAST.
Szybkie błyski radiowe (ang. fast radio burst, FRB) pojawiają się na niebie w mgnieniu oka i dosłownie na kilka milisekund, będąc przy tym jednymi z najjaśniejszych obserwowanych zjawisk w Kosmosie. Te tajemnicze sygnały, których źródło wciąż jest nieznane (!), stanowią dziś jedną z największych zagadek Wszechświata. Energia jednego takiego krótkiego rozbłysku może być większa od tej emitowanej przez Słońce w ciągu dnia, miesiąca, a nawet roku.
Od czasu odkrycia w trakcie analizy archiwalnych danych obserwacyjnych pierwszego FRB w 2007 roku zaobserwowano ich już ponad 600. Większość z nich pojawiła się przy tym tylko raz. Mniej niż 5% wszystkich znanych szybkich błysków radiowych powtarza się po pewnym czasie, a wśród nich mniej niż 10 można dodatkowo określić mianem aktywnych.
Fale radiowe, na których je badamy, to część widma elektromagnetycznego. Będąca jedną z podstawowych własności fal elektromagnetycznych polaryzacja niesie zatem istotne informacje na temat swoistych własności FRB oraz – prawdopodobnie – ich otoczenia. Czy jednak jest polaryzacja? Wiele zwykłych źródeł światła, w tym żarówki i większość gwiazd takich jak nasze Słońce, emituje światło niespolaryzowane. W poprzecznej fali niespolaryzowanej drgania rozchodzącego się zaburzenia zachodzą z jednakową amplitudą we wszystkich kierunkach prostopadłych do kierunku rozchodzenia się samej fali. Fala niespolaryzowana może być także traktowana jako złożenie wielu różnych fal spolaryzowanych w różny sposób. Z kolei w fali spolaryzowanej liniowo oscylacje zachodzą w jednej tylko płaszczyźnie. Jeszcze ciekawy jest przypadek polaryzacji kołowej, gdzie rozchodzące się zaburzenie falowe określane wzdłuż kierunku ruchu fali ma zawsze tę samą wartość, ale jego kierunek ciągle się zmienia – i jest taki, że w ustalonym punkcie przestrzeni koniec wektora opisującego zaburzenie zatacza okrąg w czasie jednego okresu fali.
Polaryzacja liniowa została już wcześniej wykryta w emisji prawie wszystkich powtarzających się FRB. Polaryzacja kołowa jest tu jednak znacznie rzadziej spotykana: do niedawna wykazywał ją tylko jeden znany, powtarzający się szybki błysk radiowy – FRB20201124A. Teraz do tej listy dołączają dwa nowe przypadki: FRB20121102A, będący pierwszym znanym powtarzającym się błyskiem radiowym, oraz FRB20190520B, odkryty w ramach przeglądu nieba Commensal Radio Astronomy FAST Survey (CRAFTS) realizowanego przy użyciu największego obecnie na świecie, półkilometrowego radioteleskopu FAST w Chinach. Ten drugi jest też pierwszym aktywnym i jednocześnie powtarzającym się FRB. Są to przy okazji jedyne znane dziś, powtarzające się błyski radiowe związane z trwałymi radioźródłami na niebie, co może świadczyć o ich młodym wieku, a także mieć związek z ich hiperaktywną naturą. Co więcej, radioteleskop FAST zdołał uchwycić wysoce aktywne epizody emisji tych dwóch FRB, co pozwoliło między innymi na precyzyjne scharakteryzowanie ich typu polaryzacji.
Na zdjęciu: Największy obecnie na świecie pojedynczy radioteleskop FAST – Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope w 2020 r. Źródło: A
Dzięki systematycznej analizie danych badacze wykryli polaryzację kołową w mniej niż 5% przypadkach rozbłysków pochodzących z obu tych FRB. Maksymalny stopień polaryzacji kołowej wyniósł aż 64%. Duży stopień polaryzacji kołowej ogranicza przy tym jej możliwe wyjaśnienia. Obecnie wiarygodne hipotezy mogące tłumaczyć to zjawisko obejmują m. in. przemianę polaryzacji liniowej w kołową podczas przejścia fali przez pole magnetyczne, tak jak w zjawisku Faradaya.
Co jeszcze wiadomo? Na tę chwilę nieco zaskakująca polaryzacja kołowa występuje najwyraźniej częściej w niepowtarzających się FRB niż w tych powtarzających się. Warunki generujące polaryzację kołową w powtarzających się FRB mogą zatem występować rzadziej. Tak czy inaczej, badania te zwiększają ilość znanych, powracających FRB z polaryzacją kołową z jednego do trzech. Wykrycie polaryzacji kołowej w FRB20121102A, 20190520B i 20201124A może też sugerować, że cecha ta jest mimo wszystko bardziej powszechna niż wcześniej sądzono.
Dalsza precyzyjna charakterystyka polaryzacji szybkich błysków radiowych przy pomocy FAST rzuci być może nowe światło na mechanizmy prowadzące do ich emisji i ostatecznie pomoże odkryć pochodzenie tych tajemniczych zjawisk.
Więcej informacji:
- Precise FAST Observations Reveal Circular Polarization in Active Repeating Fast Radio Bursts
- Circular polarization in two active repeating fast radio bursts
Źródło: CAS
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca radioteleskop FAST wykrywający polaryzację kołową dwóch aktywnych FRB. Źródło: ScienceApe / LI Di.
