Быстрые радиовсплески (FRB) — это яркие радиовсплески продолжительностью миллисекунды, настолько яркие, что мы можем видеть их за миллиарды световых лет. С момента их открытия более десяти лет назад источники FRB до сих пор неизвестны, и, хотя были намеки на происхождение, они остаются одним из нерешенных вопросов в астрономии.
Сначала считалось, что FRB возникают в результате внезапных, сильных событий, таких как те, которые сигнализируют о гибели массивных звезд (сверхновых) или указывают на слияние компактных объектов, таких как нейтронные звезды и черные звезды . Однако открытие небольшой популяции FRB с повторяющимися всплесками предполагает, что некоторые из них вызваны более устойчивыми источниками; это могут быть сильно намагниченные нейтронные звезды, у которых время от времени происходят выбросы энергии (их называют магнетарами). Недавний повторяющийся FRB был связан с известным магнитаром в нашей Галактике, чтобы подтвердить эту гипотезу. Однако повторения многих других не наблюдалось, несмотря на многочасовое наблюдение.
Цель этой статьи заключалась в поиске сигналов гравитационных волн (ГВ), используя положение на небе и время появления известных FRB. Мы также можем получить представление о расстоянии каждого FRB по тому, как он взаимодействует со свободными электронами на луче зрения. Это связано с тем, что более низкочастотная часть сигнала FRB задерживается по сравнению с более высокой частотой. Величина задержки дает нам ценный ключ к расстоянию FRB. Есть надежда, что этот поиск может найти GW-аналог FRB. В качестве альтернативы, поскольку у нас есть мера расстояния до каждого FRB и известен диапазон, в котором может быть обнаружен конкретный тип GW, если мы не обнаружим GW, мы можем исключить связь с этим событием.
Эта статья подготовлена в сотрудничестве с проектом CHIME/FRB Канадского эксперимента по картированию интенсивности водорода (CHIME). CHIME/FRB ежегодно обнаруживает многие сотни FRB и предоставляет LIGO и Virgo данные примерно 350 FRB. Это произошло в период с апреля по сентябрь 2019 года, когда LIGO и Virgo провели период сбора данных, названный O3a.
КАК МЫ ОХОТИМСЯ ЗА ГРАВИТАЦИОННЫМИ ВОЛНАМИ
Мы используем два разных метода для поиска сигналов GW от FRB. Первый метод не принимает во внимание форму сигнала GW; только то, что он будет постоянно появляться в обсерваториях LIGO и Virgo. Это означает, что он может обнаружить ГВ, вызванные столкновениями нейтронных звезд, коллапсом звезд или вспышками магнетара. Мы называем это «общим» методом поиска.
Наш второй метод ищет только сигналы с определенной формой, называемой щебетом. Этот тип сигнала создается, когда пары плотных звездоподобных объектов вращаются вокруг друг друга и в конечном итоге сталкиваются, включая пары нейтронных звезд или пару черной дыры и нейтронной звезды. По этой причине мы используем этот «смоделированный» поиск только для тех FRB, которые не повторяются (поскольку такое слияние может произойти только один раз).
РЕЗУЛЬТАТЫ НАШИХ ПОИСКОВ ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН
За это время мы запустили наш общий метод для набора из 39 FRB и наш смоделированный метод для 22. Мы не нашли GW, связанных ни с одним из этих FRB. Это не является неожиданным по двум причинам. Ожидается, что ГВ от сигналов не моделированного типа будут довольно слабыми, поэтому они должны происходить относительно близко (по крайней мере, в Млечном Пути). Во-вторых, хотя смоделированный поиск более чувствителен, большинство FRB происходят на слишком большом расстоянии.
Когда мы не находим сигнал GW, соответствующий FRB, мы измеряем расстояние, на котором наши обсерватории могли бы надежно обнаружить различные типы сигналов, добавляя к нашим данным поддельные GW и наблюдая, какие из них находят наши методы. Это позволяет нам сказать для каждого FRB в нашем наборе, что если FRB также произвел определенный тип GW, это должно было произойти дальше, чем на определенном расстоянии. Если бы он был ближе, мы бы не пропустили GW от него. Результаты всех наших поисков дают меру этой величины, которую мы называем расстоянием исключения.
ЗАГЛЯДЫВАЯ ВПЕРЕД
Хотя прогон O3a не дал ни одного GW ни от одного FRB, в настоящее время разрабатываются планы поиска данных GW (O3b) в течение следующих 6 месяцев, а затем улучшения наших детекторов. Поскольку обсерватории GW становятся все более и более чувствительными, больший астрономический охват будет иметь все больше шансов обнаружить GW, связанные с FRB. Объединение информации, которую мы получаем от отдельных GW и FRB, может дать ценную новую информацию о механизмах и свойствах этих загадочных всплесков.
ГЛОССАРИЙ
- Черная дыра : Область пространства-времени, созданная чрезвычайно компактной массой, где гравитация настолько сильна, что не позволяет чему-либо, включая свет, покинуть ее.
- Чирп . Чирп — это название сигнала или формы волны гравитационной волны, которую мы обычно наблюдаем как пару сверхплотных объектов, таких как черные дыры или нейтронные звезды, которые движутся по спирали друг к другу перед слиянием. В сигнале щебета частота и амплитуда увеличиваются со временем.
- Электроны : самые легкие из известных стабильных субатомных частиц. Они находятся вокруг ядра атома.
- LIGO : Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория состоит из двух 4-километровых детекторов гравитационных волн длиной 4 км, разделенных примерно 3000 км (1900 миль), расположенных в Ливингстоне, штат Луизиана, и Хэнфорде, штат Вашингтон, США.
- Световой год : Единица расстояния, эквивалентная расстоянию, которое свет проходит за один год. Световой год примерно равен 9,46 трлн километров (или примерно 5,88 трлн миль).
- Миллисекунда : равна 1 миллионной секунды.
- Нейтронная звезда : Чрезвычайно плотный объект, оставшийся после коллапса массивной звезды. Типичная нейтронная звезда имеет массу в полмиллиона раз больше массы Земли, но ее диаметр составляет всего около 25 км.
- Сверхновая : сильный взрыв, часто сопровождающийся быстро появляющимся ярким объектом в небе, который затем исчезает. Сверхновая может затмить остальную часть своей галактики. Существует множество различных сверхновых. Некоторые возникают в результате коллапса массивных звезд, другие могут возникать в результате столкновения двух белых карликов.
- Virgo : Детектор Virgo представляет собой наземный интерферометр, расположенный в Казине, Италия, недалеко от Пизы.