Astronomer som använder NASA:s rymdteleskop Hubble har spårat platserna för fem korta, kraftfulla radiosprängningar till spiralarmarna på fem avlägsna galaxer.

Kallas snabba radioskurar (FRBs), dessa extraordinära händelser genererar lika mycket energi på en tusendels sekund som solen gör på ett år. Eftersom dessa transienta radiopulser försvinner på mycket mindre än ett ögonblick, forskare har haft svårt att spåra var de kommer ifrån, mycket mindre avgör vilken typ av föremål eller föremål som orsakar dem. Därför, för det mesta, astronomer vet inte exakt var de ska leta.

Hitta varifrån dessa sprängningar kommer, och i synnerhet, vilka galaxer kommer de ifrån, är viktigt för att avgöra vilka typer av astronomiska händelser som utlöser sådana intensiva energiblixtar. Den nya Hubble-undersökningen av åtta FRB hjälper forskare att begränsa listan över möjliga FRB-källor.

Blixt på natten

Den första FRB upptäcktes i arkiverade data inspelade av Parkes radioobservatorium den 24 juli, 2001. Sedan dess har astronomer upptäckt upp till 1, 000 FRB, men de har bara kunnat associera ungefär 15 av dem till speciella galaxer.

"Våra resultat är nya och spännande. Detta är den första högupplösta bilden av en population av FRB, och Hubble avslöjar att fem av dem är lokaliserade nära eller på en galax spiralarmar, " sa Alexandra Mannings från University of California, Santa Cruz, studiens huvudförfattare. "De flesta av galaxerna är massiva, relativt ung, och fortfarande bildar stjärnor. Avbildningen gör att vi kan få en bättre uppfattning om de övergripande egenskaperna hos värdgalaxen, såsom dess massa och stjärnbildningshastighet, samt undersöka vad som händer precis vid FRB-positionen eftersom Hubble har så bra upplösning."

I Hubble-studien, astronomer fäste inte bara dem alla till värdgalaxer, men de identifierade också vilka typer av platser de kom från. Hubble observerade en av FRB-platserna 2017 och de andra sju 2019 och 2020.

"Vi vet inte vad som orsakar FRB, så det är verkligen viktigt att använda sammanhang när vi har det, " sa teammedlemmen Wen-fai Fong från Northwestern University i Evanston, Illinois. "Denna teknik har fungerat mycket bra för att identifiera stamfader till andra typer av transienter, som supernovor och gammastrålningskurar. Hubble spelade en stor roll i dessa studier, för."

Galaxerna i Hubble-studien existerade för miljarder år sedan. Astronomer, därför, ser galaxerna som de såg ut när universum var ungefär hälften av sin nuvarande ålder.

Många av dem är lika stora som vår Vintergatan. Observationerna gjordes i ultraviolett och nära-infrarött ljus med Hubbles Wide Field Camera 3.

Ultraviolett ljus spårar glödet från unga stjärnor längs en spiralgalaxs slingrande armar. Forskarna använde de nära-infraröda bilderna för att beräkna galaxernas massa och hitta var äldre populationer av stjärnor finns.

Plats, plats, plats

Bilderna visar en mångfald av spiralarmsstrukturer, från hårt lindad till mer diffus, avslöjar hur stjärnorna är fördelade längs dessa framträdande drag. En galax spiralarmar spårar utbredningen av ungar, massiva stjärnor. Dock, Hubble-bilderna avslöjar att de FRB som finns nära spiralarmarna inte kommer från de allra ljusaste regionerna, som flammar med ljuset från rejäla stjärnor. Bilderna hjälper till att stödja en bild av att FRB sannolikt inte kommer från de yngsta, mest massiva stjärnor.

Dessa ledtrådar hjälpte forskarna att utesluta några av de möjliga triggerna för typer av dessa lysande bloss, inklusive explosiva dödsfall för de yngsta, mest massiva stjärnor, som genererar gammastrålningskurar och vissa typer av supernovor. En annan osannolik källa är sammanslagning av neutronstjärnor, de krossade kärnorna av stjärnor som slutar sina liv i supernovaexplosioner. Dessa sammanslagningar tar miljarder år att inträffa och finns vanligtvis långt från spiralarmarna hos äldre galaxer som inte längre bildar stjärnor.

Magnetiska monster

Teamets Hubble-resultat, dock, överensstämmer med den ledande modellen att FRB kommer från unga magnetutbrott. Magnetarer är en typ av neutronstjärna med kraftfulla magnetfält. De kallas de starkaste magneterna i universum, som har ett magnetfält som är 10 biljoner gånger kraftigare än en magnet för kylskåpsdörrar. Astronomer förra året kopplade observationer av en FRB observerad i vår Vintergatans galax med en region där en känd magnetar finns.

"På grund av deras starka magnetfält, magnetarer är ganska oförutsägbara, "Fong förklarade. "I det här fallet, FRB tros komma från bloss från en ung magnetar. Massiva stjärnor går igenom stjärnevolution och blir neutronstjärnor, av vilka några kan magnetiseras starkt, leder till flammor och magnetiska processer på deras ytor, som kan avge radioljus. Vår studie passar in i den bilden och utesluter antingen mycket unga eller mycket gamla stamfader för FRB."

Observationerna hjälpte också forskarna att stärka föreningen av FRB med massiva, stjärnbildande galaxer. Tidigare markbaserade observationer av några möjliga FRB-värdgalaxer detekterade inte lika tydligt underliggande struktur, såsom spiralarmar, i många av dem. Astronomer, därför, kunde inte utesluta möjligheten att FRB kommer från en dvärggalax som gömmer sig under en massiv galax. I den nya Hubble-studien, noggrann bildbehandling och analys av bilderna gjorde det möjligt för forskare att utesluta underliggande dvärggalaxer, enligt medförfattaren Sunil Simha vid University of California, Santa Cruz.

Även om Hubble-resultaten är spännande, forskarna säger att de behöver fler observationer för att utveckla en mer definitiv bild av dessa gåtfulla blixtar och bättre lokalisera deras källa. "Det här är ett så nytt och spännande område, "Fong sa. "Att hitta dessa lokaliserade händelser är en viktig pusselbit, och en mycket unik pusselbit jämfört med vad som har gjorts tidigare. Detta är ett unikt bidrag från Hubble."

Lagets resultat kommer att visas i ett kommande nummer av The Astrophysical Journal.