Print this page

Nieuwe Fast Radio Burst ontdekking vindt ‘vermiste materie’ in het Universum

Een internationaal team van wetenschappers is erin geslaagd om voor de eerste keer de locatie van een zogeheten Fast Radio Burst te identificeren, door gebruik te maken van een combinatie van radio en optische telescopen. Hierdoor kunnen de wetenschappers de huidige kosmologische model van distributie van materie in het universum bevestigen.

Op 18 april, 2015 was er een Fast Radio Burst (FRB) gedetecteerd door de Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)’s 64 meter Parkes radiotelescoop in Australië. Een internationaal alarm werd geactiveerd om vervolgens ook met andere telescopen ernaar te kijken. Binnen een paar uur waren meerdere telescopen, verspreid over de wereld, op zoek naar het signaal. Inclusief CSIRO’s Australian Telescope Compact Array (ATCA).

FRBs zijn mysterieuze heldere radio flitsen die, over het algemeen, maar een paar milliseconden duren. Hun herkomst is nog onbekend, een lange lijst van potentiele fenomenen wordt met hen geassocieerd. FRBs zijn moeilijk te detecteren; voor deze ontdekking waren er nog maar zestien gedetecteerd.

“In het verleden zijn er FRBs gevonden met behulp van data die al maanden of soms al jaren oud is. Tegen die tijd is het te laat om vervolgobservaties uit te voeren.” zegt Dr. Evan Keane, Project Wetenschapper voor de Square Kilometre Array organisatie en hoofd wetenschapper achter het onderzoek. Om dit te verhelpen heeft het team een eigen waarneem systeem ontwikkeld om FRBs binnen enkele seconden te detecteren, waarna er onmiddellijk andere telescopen worden gewaarschuwd, zodat op het moment dat er nog tijd is verder te zoeken naar meer bewijs in de nasleep van de eerste flits.

Fig 1.

Fig. 1. Deze afbeelding laat links het blikveld zien van de Parkes radiotelescoop. Rechts zijn er opeenvolgende zoom-ins te zien van het gebied waar het signaal vandaan kwam(cyaan cirkelvormig gebied).De afbeelding rechts onder laat de Subaru afbeelding zien van het FRB sterrenstelsel, met de bovenop geplaatste elliptische regio’s die de locatie van de langzaam verdwijnende zes dagen nagloei tonen, gezien met de ATCA. Credit afbeelding: D. Kaplan (UWM), E. F. Keane (SKAO).

Dankzij de ATCA’s zes 22 meter schotels en hun gezamenlijke resolutie, was het team in staat om de locatie van het signaal vast te stellen met veel meer nauwkeurigheid dan mogelijk was in het verleden. Ook was het mogelijk om een radio nagloei te detecteren die ongeveer zes dagen duurde voor het vervaagde. Deze nagloei zorgde ervoor dat ze de locatie 1000 keer meer precies vastgesteld kon worden dan bij eerdere FRB gebeurtenissen.
(zie Fig. 1)

Vervolgens gebruikte het team de National Astronomical Observatory van Japan(NAOJ)’s 8.2 meter Subaru optische telescoop in Hawaii om te kijken waar het signaal vandaan kwam. Ze identificeerde een elliptisch sterrenstelsel, op ongeveer zes miljard lichtjaren afstand.
“Het is de eerste keer dat we in staat waren het oorspronkelijke sterrenstelsel van een FRB te identificeren” zegt Dr. Keane. De optische observatie gaf ook het roodverschuiving van het signaal (de snelheid waarmee het sterrenstelsel beweegt van ons vandaan, door de versnelde uitdijing van het universum), de eerste keer dat een afstand is bepaald voor een FRB.

Emily Petroff, postdoc bij ASTRON: “Dit is een echt spannend resultaat op het gebied van snelle radio-uitbarstingen. Sinds hun ontdekking hebben we te maken met veel onduidelijkheden en vragen maar nu krijgen we eindelijk zeer interessante antwoorden. We zijn nu voorbij het punt waarop we ons afvragen wat het zijn en beginnen nu na te denken over welke nieuwe experimenten we uitvoeren.

FRBs tonen een frequentieafhankelijke dispersie (zie Fig. 2), een vertraging in het radio signaal veroorzaakt door de hoeveelheid materiaal waardoorheen het signaal is gegaan. “Tot op heden was de dispersie meting alles wat we hadden. Doordat we nu ook een afstand hebben, kunnen we meten hoe dicht het materiaal is tussen het punt van oorsprong en de aarde, en dat vervolgens vergelijken met het huidige model van distributie van materie in het universum.” legt Dr. Simon Johnston, coauteur van het onderzoek, van CSIRO’s Astronomy and Space Science afdeling uit. “In essentie kunnen we hiermee het universum wegen, of tenminste de ‘normale’ materie die het bevat.”

Fig. 2. Deze afbeelding laat de toegenomen vertraging in de aankomst tijd van de Fast Radio Burst als functie van frequentie zien. De vertraging in het signaal is veroorzaakt door de materie waar het doorheen gaat tussen punt van oorsprong en de aarde. Credit afbeelding: E. F. Keane (SKAO).

Fig. 2. Deze afbeelding laat de toegenomen vertraging in de aankomst tijd van de Fast Radio Burst als functie van frequentie zien. De vertraging in het signaal is veroorzaakt door de materie waar het doorheen gaat tussen punt van oorsprong en de aarde. Credit afbeelding: E. F. Keane (SKAO).

In het huidige model wordt verondersteld dat het universum bestaat uit 70% donkere energie, 25% donkere materie en 5% ‘normale’ materie, de materie dat alles wat we zien maakt. Echter zijn astronomen, met behulp van observaties van sterren, sterrenstelsels en waterstof, alleen in staat om ongeveer de helft van de gewone materie te verantwoorden. De rest kon niet direct worden gezien en wordt aangeduid als ‘vermist’.

“Het goede nieuws is dat onze observaties en het model overeenkomen, we hebben de vermiste materie gevonden.” legt Dr. Keane uit. “Het is de eerste keer dat een Fast Radio Burst is gebruikt om een kosmologische meting uit te voeren.” ­

De Square Kilometre Array zal, met zijn extreme gevoeligheid, resolutie en brede blikveld naar verwachting in staat zijn om honderden FRBs op te sporen en hun oorspronkelijke sterrenstelsels te lokaliseren. Een veel grotere populatie gedetecteerde FRBs, zal precieze metingen van kosmologische parameters zoals de distributie van materie in het universum mogelijk maken, en ze verschaffen een geraffineerd begrip van donkere energie.