Snabba radioutbrott, eller FRBs – kraftfulla, Radiovågor med varaktighet i millisekunder som kommer från rymden utanför Vintergatans galax har varit bland de mest mystiska astronomiska fenomen som någonsin observerats. Sedan FRB först upptäcktes 2007, astronomer från hela världen har använt radioteleskop för att spåra skurarna och leta efter ledtrådar om var de kommer ifrån och hur de produceras.

UNLV-astrofysikern Bing Zhang och internationella medarbetare observerade nyligen några av dessa mystiska källor, vilket ledde till en serie banbrytande upptäckter som rapporterats i tidskriften Nature som äntligen kan kasta ljus över den fysiska mekanismen hos FRB.

Den första tidningen, för vilken Zhang är en motsvarande författare och ledande teoretiker, publicerades i numret för 28 oktober av Natur .

"Det finns två huvudfrågor angående ursprunget för FRB, sa Zhang, vars team gjorde observationen med femhundra meter Aperture Spherical Telescope (FAST) i Guizhou, Kina. "Den första är vad är motorerna för FRBs och den andra är vad som är mekanismen för att producera FRBs. Vi hittade svaret på den andra frågan i detta dokument."

Två konkurrerande teorier har föreslagits för att tolka mekanismen för FRB. En teori är att de liknar gammastrålningskurar (GRB), de kraftigaste explosionerna i universum. Den andra teorin liknar dem mer vid radiopulsarer, som snurrar neutronstjärnor som avger ljus, koherenta radiopulser. De GRB-liknande modellerna förutsäger en icke-varierande polarisationsvinkel inom varje skur medan de pulsarliknande modellerna förutsäger variationer av polarisationsvinkeln.

Teamet använde FAST för att observera en upprepande FRB-källa och upptäckte 11 skurar från den. Förvånande, sju av de 11 ljusa skurarna visade olika polarisationsvinkelsvängningar under varje skur. Polarisationsvinklarna varierade inte bara i varje skur, variationsmönstren var också olika bland skurarna.

"Våra observationer utesluter i huvudsak de GRB-liknande modellerna och erbjuder stöd till de pulsarliknande modellerna, " sa K.-J. Lee från Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University, och motsvarande författare till tidningen.

Fyra andra artiklar om FRB publicerades i Nature den 4 november. Dessa inkluderar flera forskningsartiklar publicerade av FAST-teamet ledd av Zhang och medarbetare från National Astronomical Observatories of China och Peking University. Forskare knutna till Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) och gruppen Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2 (STARE2) samarbetade också om publikationerna.

"Mycket som den första uppsatsen avancerade vår förståelse av mekanismen bakom FRB, dessa papper löste utmaningen med deras mystiska ursprung, " förklarade Zhang.

Magneter är otroligt täta, neutronstjärnor i stadsstorlek som har de mest kraftfulla magnetfälten i universum. Magnetarer gör ibland korta röntgen- eller mjuka gammastrålningsskurar genom att magnetiska fält försvinner, så de har länge spekulerats som rimliga källor för att driva FRB under högenergiskurar.

Det första avgörande beviset på detta kom den 28 april, 2020, när en extremt ljus radioskur upptäcktes från en magnetar som satt mitt i vår bakgård – på ett avstånd av cirka 30, 000 ljusår från jorden i Vintergatans galax. Som förväntat, FRB var associerad med en ljus röntgenskur.

"Vi vet nu att de mest magnetiserade objekten i universum, de så kallade magnetarerna, kan producera åtminstone några eller möjligen alla FRB i universum, " sa Zhang.

Händelsen upptäcktes av CHIME och STARE2, två teleskoparrayer med många små radioteleskop som är lämpliga för att upptäcka ljusa händelser från ett stort område av himlen.

Zhangs team har använt FAST för att observera magnetkällan under en tid. Tyvärr, när FRB inträffade, FAST tittade inte på källan. Ändå, FAST gjorde några spännande "icke-detektering" upptäckter och rapporterade dem i en av 4 november Natur artiklar. Under FAST-observationskampanjen, det var ytterligare 29 röntgenskurar som sändes ut från magnetarn. Dock, ingen av dessa skurar åtföljdes av en radioskur.

"Våra icke-detekteringar och detekteringarna av CHIME- och STARE2-teamen skisserar en komplett bild av FRB-magnetiska föreningar, " sa Zhang.

För att sätta det hela i perspektiv, Zhang arbetade också med Nature för att publicera en enförfattares recension av de olika upptäckterna och deras implikationer för astronomiområdet.

"Tack vare de senaste observationsgenombrotten, FRB-teorierna kan äntligen granskas kritiskt, ", sade Zhang. "Mekanismerna för att producera FRBs är kraftigt begränsade. Än, många öppna frågor kvarstår. Det här kommer att bli ett spännande område under de kommande åren."