Radiopurkausten polarisaatio kielii lähteen lähiympäristöstä

Vuodesta 2007 lähtien eri puolilla taivasta havaittujen nopeiden radiopurkausten arvoitus saattaa olla hiljalleen ratkeamassa. Nyt näyttää vahvasti siltä, että ne ovat peräisin neutronitähdistä.

Tutkijat ovat selvittäneet Arecibon ja Green Bankin radioteleskoopeilla tehtyjen havaintojen avulla, että FRB121102-tunnuksella tunnetun lähteen radiopurkaukset ovat voimakkaasti polarisoituneita. Ja se kertoo paljon lähteen lähiympäristöstä.

Vuosi sitten tutkijaryhmä sai määritettyä FRB121102:n sijainnin. Se on yli kolmen miljardin valovuoden etäisyydellä sijaitsevassa kääpiögalaksissa alueella, jolla syntyy uusia tähtiä. Koska etäisyys on näin suuri, yksittäisen purkauksen energiamäärän täytyy olla valtaisa: millisekunnissa vapautuu saman verran energiaa kuin Auringossa yhden vuorokauden aikana.

FRB121102 on toistaiseksi löydetyistä nopeiden radiopurkausten lähteistä ainoa, jossa niitä havaitaan toistuvasti. Polarisaatio eli sähkömagneettisen säteilyn sähkökentän värähtelytason suuntautuminen ei ole mikään ihmeellinen asia, sillä esimerkiksi vedenpinnasta heijastunut auringonvalo on polarisoitunutta.

Tässä tapauksessa kyse on hieman mutkikkaammasta ilmiöstä, sillä FRB121102:n radiosäteilyn todettiin olevan ympyräpolarisoitunutta eli sähkökentän värähtelytaso kiertyy. Tämä niin sanottu Faraday-kiertymä syntyy säteilyn kulkiessa magneettikentässä: mitä suurempi kiertymä, sitä voimakkaampi magneettikenttä.  

FRB121102:n tapauksessa kiertymä on suurimpia radiolähteillä havaittuja, joten purkausten säteilyn täytyy kulkea tiheässä plasmassa, jossa on poikkeuksellisen voimakas magneettikenttä.

“Linnunradan ainoat kohteet, joissa kiertymä on yhtä suuri kuin FRB121102:n säteilyssä, sijaitsevat galaksimme keskuksessa lähellä massiivista mustaa aukkoa. FRB121102 saattaa olla omassa galaksissaan samanlaisessa ympäristössä”, arvelee väitöskirjatutkija Daniele Michilli Amsterdamin yliopistosta ja Hollannin radioastronomian instituutista ASTRONista.

Hänen mukaansa radiopurkausten kiertymä voi selittyä myös sillä, että niiden lähde on voimakkaasti säteilevässä kaasusumussa tai supernovajäänteessä.

 


Juttu jatkuu mainoksen jälkeen

 

Tällä kertaa purkauksia havaittiin aiempaa korkeammilla radiotaajuuksilla, mikä osaltaan auttoi mahdollisen lähteen selvittämisessä. Arecibossa työskentelevän Andrew Seymourin mukaan ”purkausten polarisaatio ja rakenne ovat samanlaisia kuin Linnunradan nuorten ja hyvin energisten neutronitähtien säteilyllä. Se tukee malleja, joiden mukaan purkaukset ovat peräisin neutronitähdestä”.

Ennätyksellisen voimakkaan polarisaation lisäksi FRB121102:n purkausten rakenne on mutkikas. Siinä missä muissa vastaavissa purkauksissa esiintyy yksi tai korkeintaan kaksi ”kirkastumaa”, FRB121102:n purkauksessa niitä on havaittu jopa seitsemän.

Laura Spitler radioastronomian Max Planck -instituutista kertoo, että ”seuraavaksi yritämme selvittää, onko purkausten rakenne seurausta radiosäteilyn syntyprosessista vai syntyykö se säteilyn kulkiessa lähteen lähellä sijaitsevassa tiheässä plasmassa”.

“Jatkossa tarkkailemme, miten purkausten ominaisuudet muuttuvat aikaa myöten”, sanoo Jason Hessels Amsterdamin yliopistosta. ”Toivomme uusien havaintojen varmistavan, kumpi kilpailevista hypoteeseista on oikea: onko neutronitähti lähellä mustaa aukkoa vai voimakkaasti säteilevän kaasusumun sisällä.”

Tutkimuksesta kerrottiin Max Planck -instituutin uutissivuilla ja se julkaistaan Nature-tiedelehdessä.

Kuvat: David Broad/CC BY 3.0 [Arecibo], Gemini Observatory/AURA/NRAO/NSF/NRC [FRB121102]