Kosmos: Å tolke merkelige signaler
Universet er ikke stille. Det er mettet med forbigående elektromagnetiske pulser, forvrengte gravitasjonsbølger i romtiden og lys som er strukket av kosmisk ekspansjon gjennom tretten milliarder år.
Feltingeniører som inspiserer kryogene mottakerdewarer på en millimeterskål-array i høy høyde. Ekte astronomi går fremover gjennom følsomhet for radiofrekvenser og lavstøyforforsterkere.
Raske radioutbrudd (FRB): Magnetarforbindelsen
Første gang registrert i arkivdata av Duncan Lorimer i 2007, er Fast Radio Bursts korte blink av koherente radiobølger med varighet på noen millisekunder, som stammer fra kosmologiske avstander. Spredningsmålet (DM), forsinkelsen av lavfrekvente radiobølger i forhold til høyfrekvente på grunn av elektroner i det intergalaktiske mediet, viser at disse hendelsene oppstår langt utenfor vår Melkeveisgalakse.
I april 2020 registrerte teleskoper et intenst radioutbrudd med energiprofiler som samsvarer med FRB-er, fra SGR 1935+2154, en aktiv magnetar inne i vår egen galakse. Magnetarer har magnetfelt på over $10^{14}$ til $10^{15}$ gauss, sterke nok til å deformere elektronbaner til tynne nåler. En plutselig «stjernerystelse» i nøytronstjernens faste skorpe knekker magnetiske feltlinjer og driver relativistiske plasmasjokk som frigjør energirike utbrudd.
Kosmiske fenomener under aktiv observasjonsgjennomgang
| Fenomen | Deteksjonsinstrument | Fysisk mekanisme | Teoretisk løsning |
|---|---|---|---|
| Gjentakende Fast Radio Bursts | CHIME-radioarray (Canada), FAST (Kina) | Gjenkobling i magnetarskorpen eller vekselvirkning i binære pulsarer | Høy statistisk sannsynlighet for unge, raskt roterende magnetarmotorer |
| Gravitasjonsbølge-ringdowns | LIGO / Virgo / KAGRA laserinterferometre | Inspiraler og sammensmelting av binære sorte hull og nøytronstjerner | Bekrefter Kerr-metrikken i generell relativitetsteori i sterke feltregimer |
| Overmassive tidlige galakser | JWST NIRCam / NIRSpec infrarøde spektrometre | Høy akkumulering av stjernemasse innen 400 millioner år etter Big Bang | Uløst; tvinger frem revisjon av modeller for avkjøling av gass i tidlige mørk materie-halo |
Gravitasjonsbølgeastronomi: Å registrere rynker i romtiden
Frem til 2015 var all astronomisk data hentet fra elektromagnetisk stråling (fotoner). Deteksjonen av GW150914 ved Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) innledet en ikke-fotonisk kanal. Når to sorte hull spiraler inn i hverandre, sender de ut rene rynker i romtidens krumning med lysets hastighet.
Laserstrålene som går gjennom LIGOs 4 kilometer lange, vinkelrette vakuumrør måler endringer i avstand som er mindre enn en ti-tusendedel av diameteren til et proton. Ved å analysere bølgens frekvensøkning («chirp») og amplitudefall (ringdown) beregner astrofysikere direkte massen og spinnet til det endelige sorte hullet, samt den totale energien som omdannes direkte til gravitasjonsstråling.
Gåten om den tidlige kosmiske strukturen
Dype infrarøde observasjoner fra James Webb-romteleskopet har avdekket galakser ved rødforskyvninger $z > 10$ som inneholder flere størrelsesordener mer stjernemasse enn det standard $\Lambda\text{CDM}$-kosmologiske modeller forutsier. Ifølge klassisk teori om galakseformasjon skulle ikke universet, som er 350 millioner år gammelt, ha hatt nok tid til å la gass kollapse til slike tette stjernedannelsesmotorer.
Astrofysikere vurderer om frøene til supermassive sorte hull ble dannet direkte fra massive gassskyer uten en forløpergenerasjon av stjerner (direkte kollapsende sorte hull), eller om de tidlige stjernene av populasjon III var drastisk mer massive og mer effektive til å danne stjerner enn dagens stjerner.