高速無線バーストの奇妙な謎を解く

この研究は、ATA などの独自の機能を備えた新しい望遠鏡が FRB 科学の顕著な謎に新たな角度を提供できることを証明しています。

SETI研究所の科学者チームは、高速電波バースト(FRB)として知られる宇宙の謎について新たな洞察を明らかにした。 SETI研究所のアレン・テレスコープ・アレイ(ATA)で行われたFRB 20220912Aの繰り返しの発見と詳細な観測により、これらの宇宙信号の性質が明らかになりました。

FRB は、深宇宙からの電波の短く強力なフラッシュです。 ほとんどは 1 回だけ発生しますが、一部の「リピーター」は複数回信号を送信し、その起源の理解をさらに曖昧にします。 541時間の観測を通じて、研究者らは中継器FRB 20220912Aから35回の高速無線バーストを検出した。 ATA を使用した観測では、広範囲の無線周波数がカバーされ、興味深いパターンが明らかになりました。 35 個の FRB はすべて周波数スペクトルの最下位にあり、それぞれが固有のエネルギー シグネチャを持っています。

FRB 20220912A からのすべてのバーストの動的スペクトル (または「カスケード」パターン) は、アレン望遠鏡アレイ、周波数平均パルス プロファイル、および時間平均スペクトルを使用して検出されました。
時系列プロットの赤い影の領域は特定のサブバーストの期間を示し、赤い垂直線は隣接するサブバーストの境界を示します。 クレジット: SETI インスティテュート

SETI研究所の観察から得た洞察

「この研究は、既知の FRB 特性の確認といくつかの新しい特性の発見を提供するため、興味深いものです」と NSF MPS-Ascend 博士研究員で筆頭著者である SETI Institute のソフィア・シャイク博士は述べました。 「私たちは高速電波バーストの発生源を、たとえばマグネターなどの極端な天体に絞り込んでいますが、これまでに観測されたすべての特性を説明できる既存のモデルはありません。ATA を使って実施された最初の FRB 研究に参加できたことは素晴らしいことでした。この研究は、ATA のような独自の機能を備えた新しい望遠鏡が FRB 科学の顕著な謎に新たな角度を提供できることを証明しています。

詳細な結果は最近ジャーナルに掲載されました 王立天文協会の月次通知 (MNRAS)、FRB の興味深い動作を示します。 これらのあいまいな信号は、周波数の下方シフト、帯域幅と中心周波数の間の関係、および時間の経過に伴うバースト持続時間の変化を示します。 研究チームはまた、これまで報告されていなかったことにも気づいた。2か月の観測中に爆発の中心周波数が顕著に減少し、予期せぬ宇宙の滑空笛が発生したことを明らかにした。

FRB 20220912A データセットの 2 つのパラメーター (中心周波数と帯域幅) が、キャンペーンの開始から終了まで (約 60 日の期間)、修正ユリウス日 (MJD) で経時的にプロットされています。 パネル a) は、FRB の中心周波数がキャンペーンの過程で減少することを示しています (適合およびノンパラメトリック LOWESS ガイドラインからの残差は以下の青色で示されています)。 パネル b) は、時間の経過とともに同様に帯域幅が減少することを示しています。 クレジット: SETI インスティテュート

さらに、研究者らはこれらの観測結果を利用して最も明るいFRB 20220912Aの転換点を予測し、全体的な宇宙信号速度への寄与を示した。 実際、この特定の天体は、これらの観測中に空で発生したすべての強力な高速電波バーストのほんの一部を引き起こしました。

この研究では、バースト シーケンスの時間的パターンにも注目し、高速無線バースト内および高速無線バースト間の繰り返しを探しました。 明確なパターンは見つからず、これらの天体現象の予測不可能性が浮き彫りになった。

アレン望遠鏡アレイの役割

この研究は、高速無線バーストの謎を解明する上で ATA が果たす重要な役割を実証しています。 ATA には、たとえ間隔が広くても、多数の周波数チャネルを同時に記録できる独自の機能があります。たとえば、一部の周波数が非常に高く、他の周波数が非常に低い場合です。 これにより、FRB の到着時にスポット チェックを行うことができ、FRB が高周波数と低周波数で同時に実行していることを制限できます。 継続的なアップデートにより、より多くの周波数で微弱な高速無線バーストを同時に観測できる機能が強化され、ATA が高速無線バーストに関する理解の最前線にあり続けることが保証されます。

米国カリフォルニア州ハットクリーク電波天文台に拠点を置くアレン望遠鏡アレイ (ATA)。 ATA は SETI Institute によって運営されており、技術的な特徴を検索するための専用ツールとして設計されており、過渡現象を研究するための強力な機能となる可能性があります。 クレジット: ジョー・マービア

SETI研究所のATAプロジェクト科学者で共著者のワエル・ファラー博士は、「アップグレードプログラムの開始から3年後にATAがFRBの研究に参加するのを見るのは興奮することだ」と述べた。 「ATA は独自の機能を誇り、高速過渡動作を含む数多くの研究活動で使用されています。」

この画期的な発見は、宇宙の極端な物体の秘密を明らかにするという進行中の探求における重要な前進を表しています。 科学者たちが宇宙の探索を続けるにつれて、私たちが発見したそれぞれのユニークな特徴は、これらの魅力的な宇宙信号の起源と性質の理解にさらに近づきます。

参考文献：「Allen Telescope Array を使用した反復 FRB 20220912A の特性評価」（Sophia Z.著） シェイク、ワエル・ファラー、アレクサンダー・W・ポラック、アンドリュー・B・V、シメオン、ムハマド・A. シャンマ、ルイージ F. クルーズ、ロイ・H. デイヴィス、デイヴィッド R. デボーア、ヴィシャル・ガジャール、フィル・カーン、ジャマール・キートリング、ウェンビン・ルー、マーク・マスターズ、プラナフ・プレムナス、サラ・シュルツ、キャロル・シューメーカー、グルメハー・シン、マイケル・スノッドグラスが受諾、 王立天文協会の月次通知。
arXiv:2312.07756