Kozmosz: furcsa jelek olvasása
Az univerzum nem néma: átmeneti elektromágneses impulzusokkal, torzult gravitációs téridő-hullámokkal és a kozmikus tágulás által tizenhárommilliárd éven át megnyúlt fénnyel telített.
Terepmérnökök kriogén vevőedényeket vizsgálnak egy nagy magasságú milliméteres antennatömbön. A valódi csillagászati előrelépés a rádiófrekvenciás érzékenységen és az alacsony zajszintű előerősítőkön múlik.
Gyors rádiólöketek (FRB-k): a magnetár-kapcsolat
Duncan Lorimer 2007-ben rögzítette először archív adatokban a gyors rádiólöketeket (Fast Radio Bursts), amelyek milliszekundum hosszúságú, koherens rádióhullámokból álló villanások, és kozmológiai távolságokból érkeznek. A diszperziós mérték (DM) – az alacsonyabb frekvenciájú rádióhullámok késése a magasabb frekvenciájú hullámokhoz képest, amelyet az intergalaktikus közegben lévő elektronok okoznak – bizonyítja, hogy ezek az események jóval Tejútrendszerünkön kívül keletkeznek.
2020 áprilisában teleszkópok intenzív rádiólöketet észleltek, amely megfelelt a FRB-energiaprofiloknak, és az SGR 1935+2154 nevű, aktív magnetárból származott; ez saját galaxisunkon belül található. A magnetárok mágneses tere $10^{14}$ és $10^{15}$ gauss közötti, ami elég erős ahhoz, hogy az elektronpályákat vékony tűkké hajlítsa. A neutroncsillag szilárd kérgén bekövetkező hirtelen „csillagrengés” megszakítja a mágneses fluxusvonalakat, relativisztikus plazmalökéshullámokat hajtva, amelyek energikus löketeket szabadítanak fel.
Aktív megfigyelés alatt álló kozmikus jelenségek
| Jelenség | Észlelő műszer | Fizikai mechanizmus | Elméleti megoldás |
|---|---|---|---|
| Ismétlődő gyors rádiólöketek | CHIME rádiótömb (Kanada), FAST (Kína) | Magnetár kérgi újrakapcsolódás vagy kettős pulzár-kölcsönhatások | Fiatal, gyorsan forgó magnetármotorok nagy statisztikai valószínűsége |
| Gravitációs hullámok lecsengése | LIGO / Virgo / KAGRA lézeres interferométerek | Kettős fekete lyukak és neutroncsillagok spirális mozgása és egyesülése | Megerősíti az általános relativitáselméletet és a Kerr-metrikát erős térben |
| Túl nagy tömegű korai galaxisok | JWST NIRCam / NIRSpec infravörös spektrométerek | Nagy csillagtömeg-felhalmozódás a Nagy Bumm utáni 400 millió éven belül | Megoldatlan; felülvizsgálatra készteti a korai sötétanyag-halók gázhűtési modelljeit |
Gravitációs hullámcsillagászat: téridő-rezgések érzékelése
2015-ig minden csillagászati adat elektromágneses sugárzásból (fotonokból) származott. A Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) által észlelt GW150914 új, nem fotonalapú csatornát nyitott meg. Amikor két fekete lyuk egymásba spirálozik, a fénysebességgel terjedő, tiszta téridő-görbületi hullámokat sugároznak ki.
A LIGO 4 kilométeres, egymásra merőleges vákuumcsöveiben haladó lézersugarak a távolság olyan változásait mérik, amelyek kisebbek egy proton átmérőjének tízezred részénél. A hullám frekvenciaváltozásának és amplitúdó-csillapodásának (ringdown) elemzésével a csillagfizikusok közvetlenül kiszámítják a végső fekete lyuk tömegét és forgását, valamint a gravitációs sugárzássá közvetlenül átalakult teljes energiát.
A korai kozmikus szerkezet rejtélye
A James Webb űrteleszkóp mély infravörös megfigyelései olyan galaxisokat tártak fel $z > 10$ vöröseltolódásnál, amelyek több nagyságrenddel több csillagtömeget tartalmaznak, mint amennyit a szokásos $\Lambda\text{CDM}$ kozmológiai modellek jósolnak. A klasszikus galaxisfejlődési elmélet szerint a 350 millió éves univerzumnak nem lett volna elég ideje ahhoz, hogy a gázt ilyen sűrű csillagkeletkezési motorokká tömörítse.
Az asztrofizikusok azt vizsgálják, hogy a szupermasszív fekete lyuk magok közvetlenül, előzetes csillagnemzedék nélkül alakultak-e ki masszív gázfelhőkből (közvetlen összeomlású fekete lyukak), vagy a korai III. populációs csillagok sokkal tömegesebbek és hatékonyabbak voltak a csillagkeletkezésben, mint a mai csillagok.